Ảnh hưởng của quá trình rèn đến cấu trúc vi mô và tính chất của thanh titan

Thanh titan lớp 5vật liệu rèn chủ yếu là titan nguyên chất và hợp kim titan với nhiều thành phần khác nhau. Trạng thái ban đầu của vật liệu bao gồm thanh titan, thỏi, bột kim loại và kim loại lỏng. Tỷ lệ giữa diện tích mặt cắt ngang của kim loại trước khi biến dạng và diện tích mặt cắt ngang sau khi biến dạng được gọi là tỷ lệ rèn. Lựa chọn chính xác tỷ lệ rèn, nhiệt độ gia nhiệt và thời gian giữ hợp lý, nhiệt độ rèn ban đầu và nhiệt độ rèn cuối cùng hợp lý, lượng biến dạng và tốc độ biến dạng hợp lý có mối quan hệ lớn với việc cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm chi phí. Thông thường, các thanh tròn hoặc vuông được sử dụng làm phôi cho các vật rèn cỡ vừa và nhỏ. Cấu trúc hạt và tính chất cơ học của thanh đồng đều và tốt, hình dạng và kích thước chính xác, chất lượng bề mặt tốt, thuận tiện cho việc tổ chức sản xuất hàng loạt. Miễn là nhiệt độ gia nhiệt và điều kiện biến dạng được kiểm soát hợp lý, vật rèn có hiệu suất tuyệt vời có thể được rèn mà không bị biến dạng rèn lớn. Trên máy bay, hợp kim titan chủ yếu được sử dụng để chế tạo các bộ phận chịu ứng suất chính như dầm, càng đáp, trục cánh quạt và các khớp nối; trên động cơ, hợp kim titan chủ yếu được sử dụng để sản xuất vòng tiếp hợp, quạt bánh xe, đĩa và cánh máy nén, v.v.

Hợp kim titan rất nhạy cảm với các thông số quá trình rèn. Những thay đổi về nhiệt độ rèn, biến dạng, biến dạng và tốc độ làm mát sẽ gây ra những thay đổi về cấu trúc vi mô và tính chất của hợp kim titan. Để kiểm soát tốt hơn cấu trúc vi mô và tính chất của vật rèn, các công nghệ rèn tiên tiến như rèn khuôn nóng và rèn đẳng nhiệt đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất rèn hợp kim titan trong những năm gần đây. Nói chung, sử dụng các phương pháp rèn thông thường, hợp kim titan có thể thu được cấu trúc đẳng trục sau khi rèn, do đó chúng có hình dạng và độ bền ở nhiệt độ phòng cao. Nó cung cấp một phương pháp khả thi để giải quyết việc hình thành các thanh titan có độ chính xác lớn và phức tạp. Phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thanh titan. Một trong những cách hiệu quả nhất để cải thiện tính lưu động của thanh titan và giảm khả năng chống biến dạng là tăng nhiệt độ gia nhiệt trước của khuôn. Rèn khuôn đẳng nhiệt và rèn khuôn nóng đã được phát triển trong và ngoài nước trong 20 hoặc 30 năm qua.

Làm thế nào để nâng cao năng suất của thanh titan cấp 5, trong số đó có thể sử dụng phương pháp rèn khuôn kín để rèn thanh titan. Việc rèn khuôn kín phải hạn chế nghiêm ngặt thể tích của phôi ban đầu, điều này làm phức tạp quá trình chuẩn bị nguyên liệu. Việc sử dụng rèn khuôn kín có nên được xem xét từ hai khía cạnh lợi nhuận và tính khả thi của quy trình hay không. Sau đó chỉ xử lý nhiệt và gia công phôi cuối cùng. Nhiệt độ rèn và mức độ biến dạng là những yếu tố cơ bản quyết định cấu trúc và tính chất của hợp kim. Việc xử lý nhiệt của thanh titan khác với thép và việc rèn khuôn thường được sử dụng để sản xuất các hình dạng và kích thước gần giống với phế liệu. Nó không đóng vai trò quyết định trong cấu trúc của hợp kim. Do đó, đặc điểm kỹ thuật của bước cuối cùng của thanh titan có vai trò đặc biệt quan trọng. Cần làm cho biến dạng tổng thể của phôi không nhỏ hơn 30% và nhiệt độ biến dạng không vượt quá nhiệt độ chuyển pha. Để đồng thời có được độ bền và độ dẻo cao, nhiệt độ và biến dạng phải được phân bổ đều nhất có thể trên toàn bộ phôi bị biến dạng.

Sau khi xử lý nhiệt kết tinh lại, thanh titan cấp 5 và tính đồng nhất về hiệu suất không tốt bằng thép rèn. Trong khu vực có dòng kim loại cường độ cao, độ phóng đại thấp là tinh thể mờ và độ phóng đại cao là tinh thể mịn cân bằng; ở vùng khó biến dạng, do lượng biến dạng nhỏ hoặc không biến dạng nên kết cấu thường bảo toàn trạng thái trước khi biến dạng. Do đó, khi rèn khuôn một số bộ phận thanh titan quan trọng (chẳng hạn như đĩa máy nén, lưỡi dao, v.v.), ngoài việc kiểm soát nhiệt độ biến dạng dưới TB và mức độ biến dạng thích hợp, việc kiểm soát cấu trúc của phôi ban đầu là rất quan trọng. Nếu không, cấu trúc hạt thô hoặc Một số khuyết tật sẽ được di truyền vào quá trình rèn và không thể loại bỏ quá trình xử lý nhiệt tiếp theo, điều này sẽ dẫn đến việc rèn bị loại bỏ.

Trong khu vực biến dạng sắc nét nơi hiệu ứng nhiệt tập trung cục bộ, khi rèn thanh titan rèn các hình dạng phức tạp trên búa. Ngay cả khi nhiệt độ gia nhiệt được kiểm soát chặt chẽ, nhiệt độ của kim loại vẫn có thể vượt quá TB của hợp kim. Ví dụ, khi phôi thanh titan có tiết diện hình chữ I được rèn khuôn, búa quá nặng và nhiệt độ cục bộ ở giữa (khu vực web) là do ảnh hưởng của hiệu ứng nhiệt biến dạng. Cạnh có độ cao cục bộ khoảng 100 độ. Ngoài ra, ở vùng khó biến dạng và vùng có mức độ biến dạng tới hạn, cấu trúc hạt thô có độ dẻo và độ bền tương đối thấp rất dễ hình thành trong quá trình gia nhiệt sau khi rèn khuôn. Vì vậy, tính chất cơ học của vật rèn có hình dạng phức tạp trên búa thường rất không ổn định. Tuy nhiên, nó sẽ dẫn đến khả năng chống biến dạng tăng mạnh, mặc dù việc giảm nhiệt độ gia nhiệt rèn có thể loại bỏ nguy cơ quá nhiệt cục bộ của phôi. Độ mài mòn của dụng cụ và mức tiêu thụ điện năng tăng lên đòi hỏi phải sử dụng thiết bị mạnh hơn. Trong quá trình rèn khuôn hở, tổn thất lưỡi dao chiếm 15%-20% trọng lượng phôi. Hao phí công nghệ của phần kẹp (nếu phần này phải để lại theo điều kiện rèn khuôn) chiếm 10% trọng lượng phôi. Sự mất mát tương đối của kim loại lưỡi dao thường xảy ra với phôi. Đối với một số vật rèn có cấu trúc không đối xứng, chênh lệch lớn về diện tích mặt cắt và vật rèn một phần khó lấp đầy, mức tiêu thụ lưỡi dao có thể lên tới 50%. Mặc dù không có tổn thất lưỡi dao khi rèn khuôn kín, nhưng quá trình tạo phôi phức tạp và nhiều rãnh công cụ chuyển tiếp chắc chắn sẽ làm tăng chi phí phụ trợ.