1. Forging Thermal Effect
Després que un cert grau de lingot d'aliatge de titani d'alta temperatura es va forjar en una màquina de forja ràpida, es va escalfar i es va forjar en una barra de 165 mm a la regió de tres fases + durant diverses vegades. Després del tractament tèrmic, es va observar que la seva macrostructura era una estructura de cristall difusa i la seva microestructura era una estructura equiaxada, que és una estructura equiaxada ideal de + aliatge de titani de dues fases. La foto de la microestructura es mostra a la figura 1a. Després que la barra de 165 mm es va veure i tallar -la, es va escalfar a 5 0 grau per sota del punt de transformació de fase i es va forjar en una factura quadrada φ 110 mm × 110 mm en un martell hidràulic de 30 kN. Quan posteriorment es va disseccionar i analitzar el billet quadrat, es va trobar que el nucli era un cristall clar. La foto de la microestructura es mostra a la figura 1B. La microestructura és Lath + Rotation, que és una estructura típica de Widmanstatten amb límits de gra clar. pertany a l'estructura sobreescalfada en aliatge de titani. El cristall semi-clar es troba a 20 a 30 mm de la superfície. La foto de la microestructura es mostra a la figura 1C. La microestructura és LATH + Rotació Equiaxed +. El nombre d’equiaxed és rar, el nombre de torns és gran i hi ha límits de gra distribuïts discontínuament; El rang de 0 a 20 mm de la superfície és el cristall difús.
Un lot de barres d’aliatge de titani TC4 φ80mm té una microestructura típica equiaxada (vegeu la figura 2a) i el contingut equiaxed primari és superior al 70%. Després de morir en un martell de calefacció a 940 graus (punt de transformació de l'aliatge 995 graus), la microestructura del nucli de la forja de matrius es mostra a la figura 2B, i el contingut d'equiaxed primari només és del 15%, la qual cosa és causada per l'escalfament de la temperatura de forja.
Els aliatges de titani es van deformar per sobre del punt de transició de fase ( + / temperatura de transformació) per obtenir estructures de cistella o estructures de Widmanstatten amb una mala plasticitat i propietats de fatiga. Per tant, la majoria dels estàndards tècnics de productes d’aliatge de titani requereixen que les microestructures de gairebé tipus i {{2 {2}} tipus d’aliatge de titani de doble fase siguin estructures generalment equiaxades o estructures d’estat de doble estat amb un bon rendiment integral. Per tant, els productes d’aliatge de titani de doble fase són generalment escalfats i forjats a {{6 {6}} per sota del punt de transició de fase. Un gran nombre d’estudis i pràctiques d’enginyeria han demostrat que amb l’augment de la temperatura de calefacció de forja, el contingut de l’equiaxi primari en la microestructura d’aliatges de titani de doble fase es redueix significativament, mentre que el contingut de LATH augmenta significativament. És a dir, quan l’aliatge de titani dúplex s’escalfa per sota del punt de transformació de la fase, a mesura que la temperatura de calefacció augmenta, la fase equiaxada primària de l’estructura es transforma gradualment a la fase, donant lloc a una disminució del contingut equiaxat primari, una morfologia més petita i un augment del contingut LATH en la microstructura de l’aliatge de titani després d’escalfar -se després d’escalfar i forjar. Quan la temperatura de calefacció i forja supera el punt de transformació de la fase de l’aliatge de titani, la fase equiaxada primària de l’estructura d’aliatge de titani dúplex desapareix completament i es converteix en una estructura de cistella com a Lath o estructura de Widmanestat.
La conductivitat tèrmica del titani és 0. 036cal/cm · s · graus (1cal/cm · s · graus =418. 68W/cm · k), que és 1/15 d'alumini i 1/5 de ferro a temperatura ambient. Durant el procés de forja de l’aliatge de titani al martell, a causa de la taxa de deformació instantània elevada (7 ~ 9m/s al martell) i una alta freqüència de cridanera, la tensió de flux intern de l’aliatge és massa gran i es consumeix una gran quantitat d’energia mecànica i es converteix en calor interna en poc temps. Atès que la deformació del nucli de la factura és més gran que la dels voltants i les condicions de dissipació de calor són pobres, la temperatura dins del billet puja i la temperatura de la zona central amb els enfocaments de grau de deformació màxima o fins i tot supera el punt de transició de la fase d’aliatge, donant lloc a una disminució forta o fins i tot completa de la desaparició de la microstructura de la microstructura primària al centre de la factura final. Quan el sobreescalfament és seriós, l'organització es transforma en una organització de rendiment molt pobre. Després que els dos aliatges típics de titani de doble fase siguin forjats per martell, el contingut equiaxat primari en les seves microestructures disminueix bruscament i el contingut LATH augmenta en conseqüència. La microestructura es transforma des d’una estructura equiaxada ideal fins a una estructura de Widmanstat deficient. El motiu principal és que l’aliatge de titani es sobreescalfa durant el procés de deformació instantània i severa.
Durant la deformació de forja de l’aliatge de titani, el centre és generalment la zona de deformació violenta, de manera que el centre és la zona amb més augment de la temperatura. L’augment de la temperatura del centre s’utilitza com a base principal per formular el procés de forja. Quan es forja aliatge de titani amb un martell de forja amb una velocitat de forja més ràpida, cal tenir en compte l'efecte de calor central durant el procés de forja i el blanc no es pot colpejar contínuament. Es recomana utilitzar una premsa o una màquina de forja ràpida per a la forja d’aliatge de titani si les condicions ho permeten. Aquest tipus d’equips de forja té una baixa velocitat i la velocitat de tensió instantània del blanc durant la forja és baixa. La calor de deformació generada no és gaire evident. Al mateix temps, hi ha prou temps perquè la calor de la deformació es difongui, cosa que no provocarà un augment significatiu de la temperatura del nucli instantània.
2. Organització desigual
A l’hora d’observar la microestructura d’un lot de forjaments de matrius d’aliatge d’aliatge de titani TC17, vegeu la figura 3. Els aliatges de titani TC17 Estructura de cistella.
Aquest tipus de bloc gruixut també es diu Big White Block. En comparació amb la franja normal fina de l'estructura de la cistella, té forma gruixuda i desigual. Creix des del límit del gra fins al gra, rarament entrellaçat, i la seva interfície de cristall és relativament rugosa i desigual, mentre que la interfície de cristall de la franja normal és relativament llisa. Els estudis han demostrat que la microhardness d’aquest bloc gruixut és aproximadament un 10% inferior a la de la franja normal, cosa que fa que la plasticitat d’aliatge i l’estabilitat tèrmica disminueixin, afectant la qualitat dels forjadors, per la qual cosa cal evitar aquest tipus d’estructura desigual en l’aliatge de titani. Durant el procés de fusió i solidificació de l’aliatge de titani, a causa del coeficient de distribució d’equilibri de diversos elements d’aliatge ≠ 1, hi ha enriquiment i segregació d’elements estabilitzadors als límits de gra post-solidificació, de manera que la fase es precipita primer en el seu enriquiment i creix al llarg del límit del gra fins al gra, formant així un bloc de sostre. La segregació de components de micro-regió és el motiu fonamental per a la generació d'aquesta estructura desigual.
Micro-region component crystallization segregation is caused by the equilibrium distribution coefficient k0>1 o k 0<1. The segregation formed by different solute concentrations in the successive crystallization regions of the alloy is normal segregation. This segregation is difficult to avoid completely, but it can be controlled by appropriate measures. On the one hand, it can be controlled by improving and optimizing the ingot smelting process parameters, and on the other hand, it can be improved and eliminated by appropriate forging processes. In terms of forging process, firstly, during the forging of the ingot, appropriate high-temperature homogenization treatment is used. The microscopic intracrystalline dendrite segregation in the columnar structure area of the ingot is improved and eliminated by homogenization annealing or deformation recrystallization; secondly, during the die forging process of the alloy billet and the finished product, appropriate post-forging cooling methods are used to control it and inhibit the appearance of coarse α blocks in its microstructure. The use of air cooling after the sub-β die forging of the above-mentioned TC17 titanium alloy forgings is the cause of the appearance of coarse α blocks. The post-forging cooling rate is slow, the undercooling degree is small, and the nucleation rate is low, so the α phase has enough time to grow and form coarse α blocks.
El refredament ràpid (refrigeració d’aigua o refrigeració d’oli) després de la subjecció pot reduir o inhibir significativament l’aparició de blocs gruixuts. L’acceleració de la velocitat de refrigeració i l’augment del grau de supercoolització pot augmentar la taxa de nucleació de la fase. Tot i que hi ha una segregació d’elements d’aliatge a l’àrea local, que té les condicions per al creixement de blocs gruixuts, la fase no ha tingut temps de créixer i fusionar -se i s’ha acabat el procés de transformació de fase de tota l’organització. Controlar la taxa de refrigeració pot canviar significativament la morfologia i la distribució de la fase precipitada. El refredament d’aigua o el refredament d’oli després de forjar fixar tot o part dels defectes del cristall (dislocacions, subgrensos) i organitzacions deformades amb una major densitat de luxació generada per forjar a temperatura ambient, afegint un gran nombre de nuclis de cristall per a la recristalització en el posterior procés de tractament tèrmic. En el tractament tèrmic posterior, el mecanisme de precipitació de la fase canvia del mecanisme de nucleació induït en condicions de refrigeració de l’aire fins a un mode de nucleació independent i s’obtenen tires petites, caòtiques, entrellaçades de primària i secundària. Aquesta organització pot millorar significativament les propietats integrals de l'aliatge.
3. Defectes tipus cavitat
Durant la inspecció d’ultrasons de la fàbrica d’un lot de barres d’aliatge de titani TA7 de 70 mm de 70 mm, es van trobar ones de defectes excessives. Després de disseccionar la ubicació del defecte, es va realitzar una inspecció horitzontal de baixa potència. Després de la corrosió, es van trobar un gran nombre de "fosses" a la inspecció de baixa potència, principalment concentrades a la zona central de la barra i no es van trobar "fosses" fora del radi 1/4 de la barra. Posteriorment, es van observar els fosses a gran potència i es van trobar que eren defectes de buit intergranulars. Les fotografies de la microestructura dels defectes es mostren a la figura 4. Alguns estudis creuen que el fenomen "PIT" està relacionat amb la corrosió i que el fenomen "PIT" es fa més evident a mesura que augmenta el temps de corrosió; Alguns estudis creuen que la "fossa" pot estar relacionada amb l'elevat contingut de l'element de la impuresa Fe. Tot i això, els punts de vista anteriors són difícils d’explicar el fenomen de les ones de defectes excessives en les proves d’ultrasons i el fenomen buit que es troba en l’anàlisi d’alta potència.
Un gran nombre de pràctiques d’enginyeria han demostrat que el rendiment del procés de forja de TA7 és pitjor que el d’altres aliatges de titani com TC4 i TC11. És més propens a esquerdar -se durant el procés de forja que altres aliatges de titani, i la taxa de propagació de les fissures és més ràpida. Els materials metàl·lics com el titani i els aliatges d’alumini són propensos a induir soltes, buits i fins i tot fractures quan pateixen soques grans (com ara formació superplàstica). Els buits de l'aliatge de titani Ta7 són induïts per grans soques. Sota taxes de tensió elevades, l’estrès de flux de l’aliatge de titani TA7 augmenta significativament en comparació amb les condicions estàtiques, però la plasticitat disminueix significativament; A mesura que augmenta la taxa de tensió, la soca d’estrès de flux augmenta, però hi ha una taxa de tensió crítica. Quan es superi el valor crític, el material es fracturarà; Quan la taxa de tensió arriba al valor crític, es genera una banda de cisalla adiabàtica al material i els micro-voides es formen a la banda. Sota l’acció de l’estrès extern, els buits es reuneixen i creixen gradualment i fins i tot formen micro-cracks. Els microvoides sempre es formen al llarg de la banda de deformació màxima de cisalla. Això es deu al fet que en la deformació localitzada, la banda màxima de cisalla es deforma violentament, donant lloc a una temperatura alta, que suavitza el material de la banda i es converteix en un lloc ideal per a defectes com les esquerdes i els buits. Durant el procés de forja, la deformació de l’àrea central de la barra TA7 és la més gran, la difusió de la calor de la deformació és la més lenta i la temperatura de deformació és la més alta. Per tant, és probable que els buits apareguin durant una gran deformació.
Els estudis han demostrat que la deformació plàstica dels materials metàl·lics va acompanyada de canvis en la morfologia organitzativa, principalment el creixement del gra, allargament de gra equiaxat, rotació i lliscament del gra, proliferació de luxació, recuperació dinàmica i recristalització i nucleació i creixement. El lliscament del límit del gra és el principal mecanisme de deformació plàstica. El lliscament del límit del gra pot causar la concentració d’estrès local i dificultar l’aparició del lliscament del límit del gra. Quan la concentració d’estrès no es pot eliminar per moviment de luxació, el buit nuclearà i després creix. El buit nuclea preferentment al límit del gra triangular. A mesura que la deformació augmenta, el buit comença a créixer i el buit no creix en un estat equiaxat, sinó que creix de manera el·líptica. Els buits són fàcils de difondre als límits del gra que comparteixen tensió a la tracció paral·lela, formant així un flux de vacant direccional en la direcció de la tensió a la tracció, que es reuneix contínuament cap al centre del buit, permetent que el buit creixi paral·lel a la direcció de la tracció. Un gran nombre de literatures mencionen que "pits" i els buits són propensos a aparèixer durant el procés de forja d'aquest aliatge. Mitjançant l’anàlisi del mecanisme de formació de “pegar” i volant defectes de l’aliatge de titani Ta7, hem resumit un conjunt de mètodes efectius per evitar defectes buits en els forjaments d’aliatges de titani TA7, que és controlar estrictament la quantitat de deformació de cada foc a menys o igual a un 50%, controlar estrictament la taxa de deformació i preferir utilitzar hidraulica o hidraulica de premsa de perdó, i intentar evitar la forja de martell i intentar evitar la forja de la marmera i intentar evitar la forja de l’enfonsament de l’enfonsament de l’enfons Forging, que ha aconseguit bons resultats en la producció.
4. Conclusió
Actualment, els defectes comuns de forja dels aliatges de titani inclouen principalment sobreescalfament i estructura desigual, buits, esquerdes, etc. Aquests defectes són generalment fàcils de trobar en la inspecció de la microestructura o les proves ultrasòniques de productes d’aliatge de titani. Es causen principalment per un control indegut dels paràmetres del procés durant el procés de forja dels productes d’aliatge de titani. Per tant, en el procés de forja, cal seleccionar la velocitat de deformació adequada (equips de forja), la temperatura de forja de calefacció, la quantitat de deformació per pas i la velocitat de refrigeració després de forjar -les segons les diferents característiques dels materials d’aliatge de titani.
