Análise de vários tipos de crack em forjamento de liga de titânio
As ligas de titânio são amplamente utilizadas em campos aeroespaciais, de construção naval e biomédica devido à sua alta resistência específica, resistência à corrosão e resistência de alta temperatura. No entanto, os defeitos de rachaduras tendem a ocorrer durante o processo de forjamento, afetando seriamente a qualidade do produto e a eficiência da produção. Este artigo analisa sistematicamente tipos de rachaduras comuns em forjamento de liga de titânio, combinando casos típicos com os principais pontos de controle de processos para fornecer referência técnica para o setor.
Fim da face rachada: a "ferida fatal" da forjamento inicial
A rachadura no rosto final é um dos defeitos mais comuns no forjamento de liga de titânio, geralmente ocorrendo durante os estágios de desgosto ou desenho. Sua característica é uma rachadura que se propaga radialmente ao longo da face final do tarugo e, em casos graves, pode evitar forjamentos adicionais. As principais causas incluem:
Defeitos metalúrgicos residuais:A remoção incompleta das cavidades de encolhimento na cabeceira do lingote ou o frio fechado na cauda pode se tornar fontes de rachadura sob pressão de forjamento. Por exemplo, um lingote de liga de titânio TC4-LC desenvolveu rachaduras no orifício no lado durante o primeiro incêndio devido à remoção incompleta dos poros subterrâneos.
Gradientes de temperatura não controlados:Durante a perturbação, o contato entre a face final e a bigorna do martelo causa rápida dissipação de calor. Durante o desenho, a taxa de resfriamento na parte abaulada da face final excede 30 graus /s, causando fragilidade localizada.
Deformação desigual:A redução excessiva em um único passe ou velocidade excessiva de deformação dificulta o fluxo de metal no núcleo da face final, resultando em rachaduras afundadas. Em uma barra de liga de titânio TA15, medindo aproximadamente 85 mm de diâmetro, rachaduras internas de até 12 mm de profundidade foram detectadas no núcleo devido à velocidade excessiva de desenho.
Medidas preventivas: use testes ultrassônicos para remover completamente os defeitos de lingote. Cubra a face final do tarugo com lã de isolamento durante a perturbação, controle a redução por passagem para menor ou igual a 15 mm e otimize a temperatura do pré -aquecimento da bigorna do martelo para maior ou igual a 300 graus.
Rachaduras dobráveis: um "assassino de superfície" escondido
A craqueamento dobrável geralmente resulta do fluxo de metal perturbado durante o processo de forjamento e se manifesta como defeitos em camadas no ou dentro do tarugo. Os mecanismos de formação podem ser categorizados em três tipos:
Defeitos iniciais:Lingotes com uma proporção de altura / diâmetro maior ou igual a 2,5 ou ranhuras residuais da amostragem intermediária, que causam dobras de metal ao longo dos defeitos durante a perturbação. Um tarugo de liga de titânio TB6 desenvolveu rachaduras dobráveis até 8 mm de profundidade após forjamento devido a ranhuras de amostragem não polidas.
Erros de processo:O tarugo inclina durante a serra, resultando em uma mudança repentina na seção transversal. A falha em polir cantos afiados durante o inversão de 180 graus e o processamento contínuo pode causar dobramento.
Defeitos de processo auxiliares:Marcas de ferramentas de usinagem, intrusão de escala de óxido e outros defeitos podem se expandir em dobras durante o forjamento subsequente.
Um caso típico: durante o forjamento de um disco do motor da aeronave, a escala de óxido não foi limpa da superfície de despedida, resultando em profundidade excessiva da dobra e uma taxa de sucata de 30%. Solução: Implemente estritamente o sistema "três inspeções" (auto-inspeção, inspeção mútua e inspeção especializada), realizando testes de penetrante de corante na superfície do tarugo para controlar a profundidade da dobra para menor ou igual a 0,5 mm.
Rachaduras rasgadas e internas: uma "crise orgânica mais profunda"
As lágrimas geralmente ocorrem durante o estágio de deformação por tração, manifestando -se como rachaduras transversais. Suas causas radiculares são:
Parâmetros de deformação não controlados:Redução excessiva ou taxa de redução excessiva em uma única passagem leva ao fluxo de metal irregular. Em uma laje de liga de titânio TB6, devido a uma redução de 60 mm de lado único, a profundidade da ruptura excedeu metade da espessura da placa.
Desgaste de ferramentas:O desgaste na borda da bigorna causa concentração de tensão. Em outro eixo de etapa de liga de titânio TC4-DT, a deformação da bigorna causou rasgo na transição da etapa.
As rachaduras internas estão ocultas dentro do tarugo e são comumente encontradas em materiais de calibre (Ø menor ou igual a 90 mm) ou ligas difíceis de deformar (como Ti3al e Ti2alnb). Sua formação está relacionada aos seguintes fatores:
Segregação metalúrgica:A segregação de elementos refratários, como tungstênio e molibdênio, leva à redução de plasticidade localizada. Durante a detecção de falhas de uma liga de titânio TA15, rachaduras internas foram descobertas no núcleo e a análise mostrou que eles foram causados pela segregação de NB.
Falha no gerenciamento da temperatura:Temperaturas baixas de chanfro ou forjamento reverso, resultando em gradientes de temperatura que excedem 50 graus. Uma certa liga Ti60 desenvolveu rachaduras internas longitudinais com exceção de 200 mm de comprimento no chanfro devido ao resfriamento excessivamente rápido da água.
Otimização do processo: foi adotado um processo de forjamento multidirecional (ciclos de aprimoramento de estrechas de distúrbios), com o recozimento intermediário realizado quando a deformação cumulativa excedeu 70%. Um sistema de imagem térmica infravermelha foi instalado para garantir que a diferença de temperatura do tarugo permanecesse abaixo de 30 graus.
Rachaduras quebradiças: o "calcanhar de Aquiles" de ligas de alta temperatura
As ligas de titânio de alta temperatura difícil de deformar (como TC19 e IMI 834) são extremamente sensíveis à temperatura e são propensas a rachaduras quebradiças durante o forjamento:
Temperatura de forjamento final excessivamente baixa:Abaixo da temperatura de recristalização, a plasticidade do metal cai acentuadamente. Um certo material de teste de liga de titânio de alta temperatura, com uma temperatura final de forjamento de apenas 980 graus, quase quebrou devido a rachaduras.
Defeitos do processo de aquecimento:As taxas de aquecimento excessivamente rápidas resultaram em um gradiente de temperatura superior a 100 graus entre as extremidades e o centro. Um lingote Ti3al sofreu fraturas quebradiças localizadas durante o aquecimento devido a embrulho de isolamento desigual.
Métodos de resfriamento inadequados:O resfriamento da água pós-forjamento causou concentração de estresse. Durante o arredondamento da liga TC19, as rachaduras longitudinais se desenvolveram devido a taxas de resfriamento diferenciais nas bordas chanfradas.
Estratégias de prevenção e controle: Implemente um processo de aquecimento em fase (por exemplo, três estágios de retenção em 600 graus, 800 graus e 1000 graus), mantendo a temperatura final de forjamento dentro de 50 graus do ponto de transformação. Para ligas difíceis de deformar, utilize o revestimento do amianto. Para uma liga TA12A, a taxa de rendimento de forjamento aumentou de 63,29% para 71,45% através do revestimento do amianto.
Rachaduras de superfície e a camada alfa quebradiça: "assassinos de performance" ocultos
As rachaduras na superfície são frequentemente causadas por temperaturas de forjamento final excessivamente baixas ou tempo de contato prolongado. Verificou-se que uma concha de liga de titânio possui cracks através da usinagem áspera. A causa raiz foi a formação de uma camada alfa rica em oxigênio (até 0,2 mm de espessura) durante o recozimento isotérmico após o forjamento, o que aumentou a dureza da superfície em 30% e aumentou significativamente a fragilidade.
Solução:
Aplicação de lubrificante:Use o lubrificante de vidro durante a imprensa forjando para reduzir o atrito entre o tarugo e o dado; Encurre o tempo de contato entre o tarugo e a matriz inferior para menor ou igual a 2s durante a forjamento do martelo.
Controle da atmosfera:Mantenha uma atmosfera ligeiramente oxidante (o conteúdo de O₂ menor ou igual a 0,5%) no forno durante o tratamento térmico ou térmico. Peças de recozimento a vácuo com conteúdo excessivo de hidrogênio.
A prevenção e o controle da rachadura em forjamento de liga de titânio requer uma abordagem abrangente em toda a cadeia metalúrgica, processo e de equipamentos. O risco de rachadura pode ser significativamente reduzido, otimizando o perfil de temperatura de aquecimento (por exemplo, controlando a temperatura inicial de forjamento 150-250 acima do ponto de transformação), implementando processos de forjamento multidirecional e fortalecendo testes ultrassônicos on-line (frequência maior ou igual a 2 vezes por incêndio). No futuro, com a aplicação da tecnologia digital gêmea na simulação de processos de forjamento, a previsão e o controle das rachaduras de liga de titânio avançarão em direção a maior precisão, fornecendo suporte de material mais confiável para a fabricação de equipamentos de ponta.
