Analisi della tecnologia di lavorazione dei metalli in titanio

Essendo un materiale metallico-ad alte prestazioni,titanio mostra sia particolarità che complessità nelle sue proprietà tecnologiche.
 

 

Sfida	Problemi fondamentali	Soluzioni
Scarsa fluidità	L'alto punto di fusione (1668 gradi) porta a difficoltà di riempimento di stampi complessi; rischi di misrun/cold shut.	Adottare la rifusione ad arco sotto vuoto/colata centrifuga + stampi ad elevata-purezza; controllare rigorosamente la temperatura di versamento.
Restringimento	Il ritiro da solidificazione dell'1,8%-2,5% provoca deformazioni/fessurazioni indotte da stress.	Prenotare quote di ritiro maggiori; progettare uno spessore di parete uniforme; condurre la ricottura di distensione.
Assorbimento di gas	I pori di gas/inclusioni di ossidi degradano le proprietà meccaniche e la resistenza alla corrosione.	Fusione/versamento sotto vuoto/protezione con gas inerte (Ar/He); degassare le materie prime; controllare con precisione la velocità di versamento.
Tendenza alla segregazione	Le differenze di solubilità di fase degli elementi di lega + la solidificazione non uniforme causano la segregazione regionale/del confine del grano, portando a prestazioni incoerenti.	Ottimizzare i sistemi di raffreddamento degli stampi; controllare la velocità di solidificazione; aggiungere inoculanti; eseguire il trattamento termico di omogeneizzazione post-colata.

 

 

1. Plasticità

A temperatura ambiente, il titanio puro e le leghe di titanio hanno una bassa plasticità con allungamento e riduzione dell'area molto inferiori rispetto a quelli dell'acciaio a basso-carbonio e dell'alluminio puro. È facile fratturarsi. All'interno di uno specifico intervallo di temperature elevate-, la plasticità viene migliorata, consentendo loro di resistere a grandi deformazioni. La lavorazione a pressione del titanio viene eseguita principalmente a caldo e la lavorazione nella "zona fragile blu" di 200-500 gradi dovrebbe essere evitata, altrimenti potrebbero verificarsi incrudimenti e crepe.

2.Resistenza alla deformazione

Il titanio ha un'elevata resistenza e la sua resistenza alla deformazione alle alte temperature è ancora superiore a quella dell'acciaio a basso-carbonio e della lega di alluminio. La lavorazione richiede una grande potenza delle apparecchiature e provoca una grave usura dello stampo. È strettamente correlata alla temperatura di lavorazione e alla velocità di deformazione: l'aumento della temperatura può ridurre significativamente la resistenza alla deformazione, ma deve essere controllata al di sotto della temperatura di transizione di fase; la deformazione a bassa-velocità favorisce maggiormente il flusso plastico del titanio e riduce il rischio di crepe.

3.Forgabilità

Dovrebbe essere adottato il metodo della "piccola deformazione, passaggi multipli" per evitare crepe interne causate da una-deformazione grande una tantum. Dopo la forgiatura, è necessario un raffreddamento rapido per evitare una decomposizione di fase -irregolare. È adatto per lavorazioni quali ricalcatura, imbutitura e punzonatura. I forgiati hanno una struttura interna densa ed eccellenti proprietà meccaniche e sono ampiamente utilizzati nelle parti strutturali del settore aerospaziale.

4.Rotolabilità

Il titanio ha un'eccellente laminabilità alle alte temperature, con una temperatura di laminazione simile alla temperatura di forgiatura. Sono necessarie apparecchiature di laminazione a caldo continue combinate con protezione con gas inerte. Il titanio puro e le leghe di titanio basso-legate hanno una buona rotolabilità e possono essere utilizzate per produrre piastre, sezioni, tubi e altri prodotti.

 

 

 

5.Estrudibilità

L'estrusione del titanio si basa sulla "protezione dalle alte temperature + vuoto/gas inerte". Il titanio puro con buona plasticità e la lega di titanio di tipo + Gr5 sono adatti per la lavorazione di estrusione e possono produrre profili con sezioni trasversali complesse. Per l'estrusione viene utilizzato il processo di estrusione a caldo: la temperatura di preriscaldamento dello stampo è di circa 400-600 gradi, la velocità di estrusione è lenta e dopo l'estrusione viene eseguito un raffreddamento rapido per garantire l'accuratezza dimensionale e la struttura uniforme delle sezioni.

 

 

1. Saldabilità

In senso lato, il titanio ha buone prestazioni dei giunti di saldatura, ma è richiesto un rigoroso isolamento dall'aria. In senso stretto, il titanio ha una bassa sensibilità alle cricche di saldatura, ma le leghe di titanio alto-legate sono soggette a cricche a freddo. Durante il processo di saldatura, il bagno di fusione e la zona interessata dal calore- tendono a reagire con l'ossigeno e l'azoto per formare Ti₂O₃ e TiN fragili e duri, riducendo la tenacità del giunto saldato. Il raffreddamento rapido tende a formare una struttura martensitica, aumentando la durezza e il rischio di fessurazioni del giunto.

2. Formabilità della saldatura

Il titanio fuso ha una scarsa fluidità e la formazione di saldature è soggetta a problemi quali larghezza irregolare, rinforzo eccessivo e superficie ruvida. I parametri di saldatura devono essere ottimizzati combinati con la protezione dall'argon per garantire una formazione della saldatura uniforme e regolare. I metodi di saldatura comuni includono la saldatura a gas inerte di tungsteno (TIG) e la saldatura ad arco plasma. I materiali di saldatura devono utilizzare fili di saldatura in lega di titanio corrispondenti alla composizione del metallo base per evitare la segregazione della composizione.

4. Sensibilità alle cricche di saldatura

Il titanio puro e le leghe di tipo -titanio hanno una sensibilità estremamente bassa alle cricche di saldatura, con il rischio principale rappresentato dalle cricche a caldo; Le leghe di titanio di tipo + e -sono soggette a cricche a freddo. Le misure di controllo includono: pulizia rigorosa del metallo base e della superficie del filo di saldatura prima della saldatura; preriscaldamento prima della saldatura; raffreddamento lento dopo la saldatura e ricottura di distensione per ridurre lo stress e la durezza dei giunti.

5. Tendenza all'indurimento post-saldatura

A causa della trasformazione strutturale e del rafforzamento della soluzione solida, i giunti saldati in lega di titanio hanno un'evidente tendenza all'indurimento post-saldatura. Ha una durezza solitamente superiore del 10%-30% rispetto a quella del metallo base, il che rende più difficile la successiva lavorazione di taglio. Abbiamo bisogno di un trattamento termico post-saldatura per migliorare la struttura del giunto, ridurre la durezza e migliorare la tenacità e le prestazioni di lavorazione. Il rilevamento dei difetti post-saldatura è in grado di rilevare difetti interni come pori e crepe per parti di saldatura con requisiti elevati.

 

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