Cinque metodi di raffreddamento e caratteristiche del processo per la forgiatura delle leghe di titanio

Leghe di titaniosono sensibili alla trasformazione di fase. Lievi differenze nella velocità di raffreddamento post-forgiatura possono alterare la morfologia, le dimensioni e la distribuzione delle fasi, con conseguenti gradienti di proprietà in termini di resistenza, tenacità, duttilità e prestazioni a fatica dei pezzi forgiati. Cinque metodi di raffreddamento sono comunemente adottati nella forgiatura industriale: raffreddamento in forno, raffreddamento ad aria, raffreddamento ad aria forzata, tempra in olio e tempra in acqua, con velocità di raffreddamento progressivamente crescenti per soddisfare i requisiti prestazionali di diversi gradi e componenti di leghe di titanio.

 

 

 

1.Parametri di processo

Raffreddamento lento in forno chiuso dopo la forgiatura finale, con velocità di raffreddamento inferiore a 1 grado/s. Il raffreddamento procede in modo costante senza shock termico.

 

2.Microstruttura

Ha luogo una trasformazione di fase sufficiente, producendo una fase primaria equiassica grossolana più una matrice lamellare continua. I chicchi sono uniformi; non si forma martensite. La microstruttura è stabile senza distorsioni o stress interni.

 

3.Processo e prestazioni

Ottima duttilità-tenacità e resistenza alla fatica; elevata precisione dimensionale con tensioni residue quasi pari a zero, basso rischio di deformazione e fessurazione. Tuttavia, presenta cicli di raffreddamento lunghi, bassa efficienza ed elevato consumo energetico e non è adatto alla produzione di massa.

 

4.Applicazioni

Pezzi fucinati di titanio puro e leghe di quasi titanio; componenti statici di motori aeronautici, parti mediche di alta precisione, parti di cuscinetti a pressione resistenti alla corrosione e altri componenti che richiedono buona duttilità, tenacità e stabilità dimensionale con requisiti di resistenza moderati.

 

 

1.Parametri di processo

Un processo di forgiatura tradizionale. Il calore si dissipa naturalmente a temperatura ambiente con una velocità di raffreddamento di 1‑10 gradi/s. Non è necessaria alcuna attrezzatura aggiuntiva e il funzionamento è semplice.

 

2.Microstruttura

Nessun ingrossamento o distorsione della grana. Una microstruttura uniforme lamellare + bifase è ottenuta con grani primari raffinati e interfacce di fase ben legate.

 

3.Processo e prestazioni

Resistenza-tenacità equilibrata. La resistenza e la durezza sono superiori a quelle ottenute mediante il raffreddamento in forno, pur mantenendo una buona duttilità e tenacità. Presenta un basso stress residuo, un basso tasso di rigetto, un consumo energetico aggiuntivo pari a zero e un'ampia versatilità, ma non è in grado di soddisfare i requisiti di resistenza ultraelevata.

 

4.Applicazioni

La maggior parte delle leghe di titanio a doppia fase come il grado 5; componenti prodotti in serie con prestazioni globali equilibrate, comprese parti strutturali aerospaziali, componenti automobilistici leggeri e forgiati di meccanica generale.

 

 

1.Parametri di processo

Una variante migliorata del raffreddamento ad aria. Le ventole forniscono una dissipazione del calore convettivo forzato. La velocità di raffreddamento varia da 10 a 30 gradi/s e può essere regolata in modo flessibile in base alle dimensioni del pezzo e alla qualità del materiale.

 

2.Microstruttura

Il raffreddamento accelerato inibisce la crescita del grano, dando origine a fasi secondarie aciculari fini e a bastoncino corto. La grana complessiva è più fine e la microstruttura è densa ed omogenea.

 

3.Processo e prestazioni

Resistenza, durezza, resistenza all'usura e prestazioni alla fatica superano quelle del raffreddamento ad aria naturale. La duttilità-resistenza diminuisce moderatamente ma rimane utilizzabile. Presenta un basso rischio di deformazione e fessurazione, elevata efficienza produttiva e basso consumo energetico, fungendo da processo intermedio tra il raffreddamento ad aria e la tempra.

 

4.Applicazioni

Vari + pezzi fucinati in lega di titanio; componenti che richiedono una maggiore capacità di carico evitando al tempo stesso la deformazione indotta dall'estinzione, come parti ausiliarie delle ali degli aerei, componenti di trasmissione di fascia alta e flange in titanio per l'energia eolica.

 

 

1.Parametri di processo

Tempra a velocità medio-alta. I pezzi forgiati a caldo vengono immersi nell'olio di tempra per la rimozione del calore, raggiungendo una velocità di raffreddamento di 30‑80 gradi/s con gradienti di raffreddamento controllabili, più blandi rispetto alla tempra in acqua.

 

2.Microstruttura

Il rapido sottoraffreddamento genera una fine ′-martensite aciculare, una fase metastabile e una fase primaria fine, formando una microstruttura rinforzata composita con grani fini ed elevata densità di dislocazioni.

 

3.Processo e prestazioni

Robustezza, durezza e resistenza all'usura notevolmente migliorate, nonché capacità portante e antideformazione migliorate. I rischi di fessurazione e deformazione sono inferiori rispetto alla tempra in acqua. Gli svantaggi includono duttilità-tenacità e stress residuo notevolmente ridotti; per alleviare lo stress è necessario un rinvenimento a bassa temperatura, che comporta costi di produzione più elevati.

 

4.Applicazioni

Forgiati in lega + e quasi titanio ad alta resistenza; parti strutturali militari e raccordi ad alta resistenza portanti e resistenti all'usura. Adatto per parti che privilegiano elevata durezza e resistenza a scapito della duttilità-tenacità parziale; non applicabile a componenti di precisione a pareti sottili o di forma speciale.

 

 

1.Parametri di processo

Il processo di raffreddamento più veloce. I pezzi forgiati a caldo vengono immersi in acqua limpida per un raffreddamento drastico a una velocità superiore a 100 gradi/s, producendo gradienti di temperatura e velocità di trasformazione di fase estremi.

 

2.Microstruttura

Un ampio sottoraffreddamento innesca una trasformazione di fase non in equilibrio, generando abbondanti fasi ′‑martensite aciculare fine e metastabile. I grani sono estremamente fini con la più alta densità di dislocazioni, ponendo le basi per l'indurimento tramite invecchiamento.

 

3.Processo e prestazioni

Fornisce l'effetto rinforzante più forte tra i cinque processi, con durezza, resistenza alla trazione e resistenza all'usura ottimali. Tuttavia, un raffreddamento drastico induce uno stress enorme, la duttilità e la tenacità diminuiscono drasticamente ed è probabile che si verifichino deformazioni e microfessurazioni con tassi di rigetto elevati. Il successivo invecchiamento e la ricottura di distensione sono obbligatori, con conseguenti flussi di lavoro complessi e costi elevati.

 

4.Applicazioni

Limitato a leghe di titanio ad alta resistenza con pareti spesse, sezione trasversale ampia e struttura semplice e componenti in leghe di titanio destinati all'indurimento per invecchiamento. Utilizzato principalmente per parti militari e aerospaziali ad alta resistenza e per impieghi gravosi. Severamente vietato per componenti a pareti sottili, di forma speciale, ad alta precisione o che richiedono elevata tenacità.

 

Ruihang Group è il produttore di prodotti in lega di titanio, fornendo barre, piastre, pezzi forgiati, fili, tubi ecc. di titanio. Per richieste e preventivi, contattateci all'indirizzoSam.Rui@bjrh-titanium.com