Breve introduzione ai metodi di raffreddamento per la forgiatura delle leghe di titanio

La forgiatura può scomporre i grani grossolani come-fusi della lega di titanio, addensare la microstruttura e migliorare le proprietà meccaniche. Il raffreddamento post-forgiatura esercita un impatto diretto sulla microstruttura, sullo stress residuo e sulle prestazioni complessive dei pezzi forgiati.Leghe di titanio presentano scarsa conduttività termica ed elevata sensibilità alla trasformazione di fase; la velocità di raffreddamento altera la morfologia e le fasi, nonché la dimensione dei grani, influenzando così la resistenza, la tenacità e la durata dei pezzi fucinati.

 

 

1.Definizione

Dopo la forgiatura finale, i pezzi fucinati vengono posti nell'aria ambiente e dissipano il calore tramite convezione naturale e radiazione termica, con una velocità di raffreddamento compresa tra 5 e 10 gradi/min. È il metodo di raffreddamento più fondamentale e ampiamente adottato.

 

2.Vantaggi

Nessuna attrezzatura speciale o consumo energetico aggiuntivo richiesto, funzionamento semplice; il raffreddamento delicato porta a una piccola differenza di temperatura interna-esterna dei pezzi forgiati, basso stress termico e strutturale, tendenza minima alla fessurazione e alla deformazione, favorevole distensione dello stress residuo ed eccellente stabilità dimensionale; è possibile ottenere una microstruttura bimodale uniforme con buone prestazioni di plasticità e fatica.

 

3.Limitazioni

Una bassa velocità di raffreddamento provoca facilmente la crescita del grano, che non può raggiungere un rafforzamento dell'affinamento del grano, quindi non è applicabile ai componenti in lega di titanio di fascia alta-che richiedono resistenza e durezza ultra-elevate.

 

4.Applicazione

Leghe di titanio convenzionali come Gr5 e Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V; pezzi fucinati ordinari di grandi dimensioni e strutturalmente complessi con requisiti di resistenza moderati e alta priorità sulla stabilità dimensionale.

 

 

1.Caratteristiche

Una versione migliorata del raffreddamento ad aria naturale. L'alimentazione d'aria orientata tramite apparecchiature migliora lo scambio di calore, offrendo una velocità di raffreddamento regolabile tra il raffreddamento ad aria naturale e l'estinzione a liquido. Rispetto al raffreddamento ad aria naturale, ottiene una dissipazione del calore più rapida e uniforme, priva di interferenze della temperatura ambiente.

 

2.Vantaggi

Affina moderatamente i grani e ottimizza la microstruttura della fase per migliorare la resistenza e la tenacità dei pezzi forgiati; il gradiente di temperatura moderato garantisce uno stress residuo controllabile e un basso rischio di fessurazione; funzionamento flessibile e a basso costo, adatto alla produzione di massa.

 

3.Applicazione

Forgiati in lega di titanio di fascia media-con requisiti prestazionali più elevati rispetto alle parti-raffreddate ad aria ma senza requisiti di resistenza-altissima, utilizzati principalmente per componenti portanti secondari-nel settore aeronautico e parti di apparecchiature civili-di fascia alta.

 

 

1.Caratteristiche

Un processo di raffreddamento rapido e intensivo. I pezzi forgiati ad alta-temperatura sono immersi in mezzi di raffreddamento tra cui acqua, olio di tempra e soluzioni polimeriche per un forte calo di temperatura, con una velocità di raffreddamento che supera di gran lunga il raffreddamento ad aria. La tempra in acqua offre la velocità di raffreddamento più elevata, mentre la tempra in olio e la tempra in soluzione polimerica presentano velocità di raffreddamento più blande e minori rischi di stress.

 

2.Vantaggi

L'aumento del grado di sottoraffreddamento affina i grani, promuove la formazione di strutture a strati sottili composte da fase lamellare e fase secondaria e aumenta significativamente la resistenza, la durezza e la resistenza all'usura; la tempra in acqua consente alle leghe di titanio ad alta resistenza di raggiungere proprietà di trazione a temperatura ambiente ottimali.

 

3. Svantaggi

Una grande differenza di temperatura interna-esterna genera un grave stress termico e strutturale, che provoca facilmente fessurazioni, deformazioni ed eccessivo stress residuo; sono obbligatori il rinvenimento post-e il trattamento termico di distensione-.

 

4.Applicazione

Leghe di titanio ad alta resistenza-tra cui Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si e Ti-6.5Al-4.0Mo-4.0Zr; parti portanti critiche di motori aeronautici, componenti principali resistenti all'usura di fascia alta con severi requisiti prestazionali.

 

 

1.Caratteristiche

Un metodo di raffreddamento di precisione con velocità di raffreddamento ultra-bassa. Dopo la forgiatura finale, i pezzi fucinati vengono collocati in forni di attesa, fosse di raffreddamento lento o dispositivi di conservazione del calore sotto vuoto per un raffreddamento lento a gradiente a una velocità inferiore al raffreddamento ad aria naturale. Il raffreddamento lento sotto vuoto può prevenire ulteriormente l'ossidazione per garantire la qualità della superficie e la purezza della microstruttura.

 

2.Vantaggi

La variazione stabile della temperatura crea un campo di temperatura uniforme all'interno dei pezzi forgiati, elimina quasi lo stress da raffreddamento ed evita microfessure e microstruttura irregolare; conserva completamente la plasticità, la tenacità e la resistenza alla fatica del materiale con una forte stabilità della microstruttura, riducendo la deformazione durante la lavorazione e il servizio successivi.

 

3.Limitazioni

Ciclo di processo lungo, elevato consumo energetico e bassa efficienza produttiva.

 

4.Applicazione

Forgiati in lega di titanio di-precisione di fascia alta, di grandi-dimensioni con requisiti di elevata tenacità, ampiamente applicati in componenti centrali di precisione aerospaziali, attrezzature militari speciali e parti strutturali critiche ad alta-temperatura e alta{{3}pressione.

 

 

1.Essenza del processo

Regolare la velocità di raffreddamento per controllare la trasformazione di fase e la morfologia dei grani, in modo da soddisfare i requisiti di prestazione del servizio dei componenti.

 

2.Principi fondamentali

Raffreddamento lento per una plasticità superiore; raffreddamento ad aria forzata per prestazioni complete ed equilibrate; tempra liquida per elevata resistenza; raffreddamento ad aria naturale per la produzione di massa generale.

 

3.Posizionamento di ciascun processo

• Raffreddamento ad aria naturale e raffreddamento ad aria forzata: adatto per parti convenzionali prodotte in serie-, bilanciando costi di produzione e stabilità dimensionale;
• Tempra liquida: realizza il rafforzamento del materiale e deve essere abbinato al trattamento termico-di distensione;
• Raffreddamento lento con conservazione del calore: mira a componenti di precisione di fascia alta-per acquisire stabilità e tenacità della microstruttura eccezionali.
• Produzione chiave: selezionare gli schemi di raffreddamento e i parametri corrispondenti in base al grado della lega di titanio, alle dimensioni della forgiatura e alle condizioni di servizio per prevenire difetti di raffreddamento e ottimizzare in modo collaborativo la microstruttura, le proprietà meccaniche e l'accuratezza dimensionale dei forgiati.

 

 

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