La lega di titanio è uno dei materiali con la più alta resistenza specifica tra i materiali attualmente utilizzati. Ha una serie di proprietà eccellenti come una forte resistenza alla corrosione, alta resistenza, bassa densità e prestazioni stabili alle medie temperature. È ampiamente utilizzato nell'industria aerospaziale, nella biomedicina, nell'industria petrolifera e nell'energia atomica. È ampiamente utilizzato nei settori dell'alta tecnologia.
Nel processo di lavorazione a caldo del titanio e delle leghe di titanio, la forgiatura libera è uno dei principali metodi di lavorazione. Prendendo ad esempio le barre di titanio e leghe di titanio, la forgiatura libera può lavorare barre finite e grezzi in processi intermedi. Come grezzo intermedio, è un materiale che fornisce una certa forma, una certa dimensione, una certa struttura e proprietà per le successive lavorazioni come la forgiatura e la laminazione. Per il prodotto finito, non solo l'organizzazione e le prestazioni del materiale devono essere rigorosamente controllate, ma anche le dimensioni e la qualità della superficie devono soddisfare i requisiti e nessuno di essi può essere consegnato. Ad esempio, una barra con una lunghezza fissa di Φ152 più 3/-0×2000 mm non può essere consegnata solo perché una crepa è stata riparata e rettificata fuori tolleranza di 2 mm. Sebbene possa essere utilizzato per altri scopi, influisce sui tempi di consegna. Nel processo di produzione vero e proprio, tali esempi non sono rari. Pertanto, come adottare il percorso di processo corretto e un metodo di forgiatura ragionevole per garantire la microstruttura, le proprietà e la qualità della superficie del materiale, in particolare per evitare che i pezzi fucinati da prestazioni scadenti a causa della microstruttura o della comparsa di crepe profonde e pieghe sulla superficie risultanti di dimensioni eccessive, è diventata una tecnologia di ingegneria. uno dei temi di ricerca.
Attrezzature di forgiatura gratuite e metodi principali
Nell'attuale produzione effettiva, i forni di riscaldamento comunemente usati per la forgiatura gratuita includono un forno a carbone, un forno a gas naturale, un forno elettrico e così via. I primi due forni di riscaldo sono comunemente usati per l'apertura dei lingotti. Poiché la temperatura di riscaldamento del forno elettrico è facile da controllare, la precisione è elevata (generalmente ± 10 gradi) e il grado di inquinamento è piccolo, il riscaldamento prima del prodotto finito utilizza generalmente un forno elettrico. L'attrezzatura per la forgiatura include martello per forgiatura, pressa idraulica, macchina per forgiatura veloce, ecc. I metodi di base per la forgiatura libera delle barre di titanio e leghe di titanio sono trafilatura e ricalcatura, o una combinazione di trafilatura e ricalcatura. Naturalmente, per barre di piccole dimensioni come Φ12, Φ20, ecc., è necessaria la laminazione, che qui non verrà introdotta.
1. Estrarre
La deformazione plastica dei metalli segue la regola dell'invarianza di volume e la regola della minima resistenza. Quando si disegna, la lunghezza del grezzo diventa più lunga e l'area della sezione trasversale diventa più piccola. Il processo è suddiviso grosso modo in tre fasi: imbutitura, smussatura e arrotondamento. Quando si disegna, la quantità di alimentazione non dovrebbe essere troppo grande e generalmente dovrebbe essere inferiore alla larghezza del pezzo grezzo. In questo momento, il flusso longitudinale del metallo lungo il grezzo è maggiore del flusso laterale. Al contrario, il flusso laterale del metallo lungo lo sbozzato è maggiore del flusso longitudinale, il che riduce l'efficienza di trafilatura. Allo stesso tempo, la quantità di pressatura unilaterale dovrebbe essere uguale o inferiore alla quantità di alimentazione, altrimenti si verificheranno delle pieghe. Inoltre, i bordi delle incudini superiore e inferiore del martello da forgiatura devono essere arrotondati, altrimenti si verificherà anche la piegatura. Durante la smussatura, la forza di battuta del martello da forgiatura dovrebbe essere più leggera per evitare crepe al centro e all'estremità della billetta e la smussatura dovrebbe essere tempestiva, altrimenti potrebbero verificarsi facilmente crepe sui bordi e sugli angoli a causa della rapida riduzione del temperatura del bordo. Quando la forgiatura inizia a essere forgiata, la temperatura scende a causa del ribaltamento del forno. In questo momento, il martello dovrebbe essere leggero e veloce. Dopo che la temperatura aumenta, il martello pesante dovrebbe essere battuto lentamente. Nella fase successiva della forgiatura, a causa del forte calo di temperatura, il martello dovrebbe essere leggero e veloce. Altrimenti, la forgiatura dovrebbe essere battuta velocemente. La superficie è facile da rompere e si verificano anche crepe interne.
Nella produzione effettiva, la forgiabilità del materiale può essere modificata anche modificando lo stato di sollecitazione. Se l'incudine piatta viene utilizzata per tirare la lunghezza, l'incudine inferiore può essere cambiata in un'incudine a forma di V. A causa dell'effetto della sollecitazione di compressione sul lato del grezzo, la sollecitazione di trazione al centro del grezzo può essere ridotta ed è possibile evitare crepe. Baoji Xinglong Titanium Industry Co., Ltd. utilizza incudini a forma di V per forgiare barre finite e semilavorate di diverse specifiche nell'incudine inferiore della sua macchina per forgiatura rapida 1600T e la resa dei materiali è stata effettivamente migliorata.
2. Sconvolgente
During upsetting, the height of the blank becomes smaller and the cross-sectional area becomes larger. When the amount of deformation is large, the defects such as dendrites and segregation in the center of the billet can be broken more than the elongation, so as to achieve the purpose of improving the structure. During upsetting, the forgings are subjected to axial compressive stress, but there is a maximum shear stress at an angle of 45 degrees to the axis, so oblique cracks are prone to occur along this direction. Occasionally, longitudinal cracks can also occur due to tensile stress. When the upsetting ratio H0/D0 (that is, the ratio of the height to the diameter of the blank) = 3, if the hammering force is insufficient, the two ends of the blank will have a double drum shape. At this time, it should be rounded first. . Sometimes, in order to make the end face flush, the blank should rotate properly in the horizontal direction while the hammer head is pressed down. When H0/D0>3, ci sarà una flessione longitudinale, che dovrebbe essere prima raddrizzata e poi ribaltata. In generale, nel processo di sconvolgimento, H0/D0<3, and="" it="" is="" best="" to="" be="" in="" the="" range="" of="">
Influenza della forgiatura libera sulla microstruttura e sulle proprietà
Nel processo di produzione effettivo, il diametro della barra varia da piccolo a grande, fino a circa 10 mm e fino a 300 mm o anche più grande. Materiali di diverse specifiche determinano differenti percorsi di lavorazione. Per i materiali con diametri maggiori e standard di prestazione più elevati, se il lingotto viene stirato in un solo pezzo su una barra del diametro richiesto, la deformazione del materiale sarà estremamente irregolare e insufficiente, con conseguente frammentazione insufficiente della struttura come colata. La struttura è irregolare, le venature sono grossolane e le prestazioni del materiale non sono all'altezza degli standard. Pertanto, nella lavorazione di barre di grandi dimensioni, per rendere il materiale completamente deformato, la struttura è uniforme e la granulometria è affinata, in modo da migliorare le prestazioni globali del materiale, viene spesso utilizzata la combinazione di trafilatura e ribaltamento ripetutamente, e il turbamento è spesso invertito.
La temperatura di deformazione, la velocità di deformazione e il grado di deformazione sono parametri molto importanti nel processo di forgiatura, che giocano un ruolo decisivo nella microstruttura e nelle proprietà del materiale. La temperatura di deformazione comprende due aspetti. È necessario garantire una temperatura di riscaldamento adeguata, ovvero garantire il riscaldamento e la forgiatura in una determinata regione di fase per garantire la struttura dopo la forgiatura. Allo stesso tempo, anche la temperatura finale di forgiatura dovrebbe essere rigorosamente controllata. Forgiando crepe, si formano anche crepe interne e il rilevamento del difetto non è soddisfacente e viene scartato; la temperatura finale di forgiatura è troppo alta, a causa della ricristallizzazione statica, causerà una struttura grossolana e ridurrà le prestazioni. Ad esempio, per le barre finite in lega di titanio TC4, la forgiatura da un fuoco a due fuochi prima del prodotto finito deve essere riscaldata e forgiata nella regione più due fasi. , nota come struttura a tre stati, che determina le proprietà complete del materiale come resistenza e plasticità. Quando si forgiano piccoli pezzi fucinati con un piccolo martello da forgiatura, vale la pena notare l'aumento di temperatura causato dall'eccessiva velocità di deformazione. Se la temperatura aumenta durante il processo di forgiatura o è troppo vicina al corpo riscaldante durante il riscaldamento, la temperatura locale supera il punto di transizione più/fase, si deteriorerà la struttura, come mostrato nella figura b, è diritta, i grani sono grossolani e non è il bordo del grano, che è chiamato struttura surriscaldata, che riduce notevolmente le prestazioni del materiale. Anche la velocità di deformazione è importante. Ad esempio, la velocità di deformazione è molto bassa durante la forgiatura con una pressa idraulica e durante il processo di forgiatura si verificherà una cristallizzazione dinamica, il che è vantaggioso per migliorare la plasticità della lavorazione. Tuttavia, quando si forgia con un martello da forgiatura, la velocità di deformazione è maggiore. Ad alta velocità di deformazione, la ricristallizzazione dinamica è spesso troppo tardi per essere eseguita, il che comporterà un aumento della resistenza alla deformazione. Un'adeguata velocità di deformazione non farà salire troppo la temperatura dei pezzi fucinati per evitare il deterioramento della struttura, né la temperatura diminuirà molto, il che richiede un ragionevole controllo del numero di volte e del peso del martello di forgiatura.
Anche la dimensione della deformazione ha un'influenza molto importante sulla struttura e sulle proprietà della forgiatura. Quando il lingotto viene aperto, la quantità di deformazione deve essere aumentata, generalmente del 70 percento -80 percento, per rompere e migliorare la struttura della colata (dendriti, cristalli colonnari, inclusioni, segregazione, pori, scioltezza, ecc.) . Quando il prodotto finito è forgiato, la deformazione non deve essere troppo piccola, generalmente non inferiore al 50 percento, altrimenti non si otterrà la struttura a grana fine, e non dovrebbe essere troppo grande, altrimenti la qualità superficiale della forgiatura sarà deteriorato. Naturalmente, se la quantità di deformazione dell'ultimo fuoco non è sufficiente, la temperatura può essere opportunamente abbassata e si può anche ottenere una struttura migliore.
Il processo determina l'organizzazione e l'organizzazione determina le prestazioni. Nella produzione effettiva, è necessario considerare in modo completo vari fattori per garantire che il materiale di forgiatura (o forgiatura) che ha subito una certa deformazione possa avere la struttura e le proprietà richieste.
Ricapitolare
1) Durante il processo di forgiatura libera, il rapporto di forgiatura, la quantità di riduzione, la quantità di alimentazione, la temperatura di forgiatura iniziale, la temperatura di forgiatura finale e la frequenza e il peso del martello sono controllati meglio, il che può prevenire efficacemente il verificarsi di crepe e pieghe;
2) Nella regione di fase richiesta, la struttura con una certa quantità di trasformazione primaria equiassica può essere ottenuta con una velocità di deformazione adeguata entro l'intervallo di deformazione specificato e la prestazione complessiva è buona.
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