Kurze Einführung in Kühlmethoden für das Schmieden von Titanlegierungen

Durch das Schmieden können grobe gegossene Körner einer Titanlegierung zerkleinert, die Mikrostruktur verdichtet und die mechanischen Eigenschaften verbessert werden. Die Abkühlung nach dem Schmieden hat einen direkten Einfluss auf die Mikrostruktur, die Eigenspannung und die Gesamtleistung der Schmiedeteile.Titanlegierungen zeichnen sich durch eine schlechte Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Phasenumwandlungsempfindlichkeit aus; Die Abkühlgeschwindigkeit verändert die Morphologie und Phasen sowie die Korngröße und beeinflusst dadurch die Festigkeit, Zähigkeit und Lebensdauer der Schmiedestücke.

 

 

1.Definition

Nach dem endgültigen Schmieden werden die Schmiedestücke der Umgebungsluft ausgesetzt und geben die Wärme über natürliche Konvektion und Wärmestrahlung ab, wobei die Abkühlgeschwindigkeit zwischen 5 und 10 Grad pro Minute liegt. Es ist die grundlegendste und am weitesten verbreitete Kühlmethode.

 

2. Vorteile

Keine spezielle Ausrüstung oder zusätzlicher Energieverbrauch erforderlich, einfache Bedienung; Schonendes Abkühlen führt zu geringen inneren-äußeren Temperaturunterschieden der Schmiedestücke, geringer thermischer und struktureller Spannung, minimaler Riss- und Verformungstendenz, günstigem Eigenspannungsabbau und ausgezeichneter Dimensionsstabilität; Es kann eine gleichmäßige bimodale Mikrostruktur mit guter Plastizität und Ermüdungsverhalten erreicht werden.

 

3. Einschränkungen

Eine niedrige Abkühlgeschwindigkeit führt leicht zu Kornwachstum, das keine Kornfeinungsverstärkung erreichen kann. Daher ist es nicht auf hochwertige Titanlegierungskomponenten anwendbar, die eine extrem hohe Festigkeit und Härte erfordern.

 

4.Anwendung

Konventionelle Titanlegierungen wie Gr5 und Ti-6,5Al-2Zr-1Mo-1V; Großformatige, strukturell komplexe gewöhnliche Schmiedeteile mit mäßigen Festigkeitsanforderungen und hoher Priorität auf Maßhaltigkeit.

 

 

1.Eigenschaften

Eine verbesserte Version der natürlichen Luftkühlung. Die gezielte Luftzufuhr über die Ausrüstung verbessert den Wärmeaustausch und sorgt für eine einstellbare Abkühlrate zwischen natürlicher Luftkühlung und Flüssigkeitsabschreckung. Im Vergleich zur natürlichen Luftkühlung wird eine schnellere und gleichmäßigere Wärmeableitung ohne Beeinflussung durch die Umgebungstemperatur erreicht.

 

2. Vorteile

Verfeinert die Körner mäßig und optimiert die Phasenmikrostruktur, um die Festigkeit und Zähigkeit von Schmiedestücken zu verbessern; moderater Temperaturgradient sorgt für kontrollierbare Restspannung und geringes Rissrisiko; niedrige Kosten und flexibler Betrieb, geeignet für die Massenproduktion.

 

3.Anwendung

Schmiedeteile aus Titanlegierungen der mittleren Preisklasse mit höheren Leistungsanforderungen als luftgekühlte Teile, aber ohne Anforderungen an eine extrem hohe Festigkeit. Sie werden hauptsächlich für Sekundärlast-tragende Komponenten in der Luftfahrt und hochwertige zivile Ausrüstungsteile verwendet.

 

 

1.Eigenschaften

Ein schneller intensiver Abkühlungsprozess. Hochtemperatur-Schmiedeteile werden in Kühlmedien wie Wasser, Abschrecköl und Polymerlösungen eingetaucht, um einen starken Temperaturabfall zu erzielen, wobei die Abkühlgeschwindigkeit weit über der Luftkühlung liegt. Wasserabschreckung liefert die schnellste Abkühlgeschwindigkeit, während Ölabschreckung und Polymerlösungsabschreckung mildere Abkühlgeschwindigkeiten und geringere Spannungsrisiken aufweisen.

 

2. Vorteile

Ein erhöhter Unterkühlungsgrad verfeinert die Körner, fördert die Bildung feiner Schichtstrukturen aus Lamellenphase und Sekundärphase und steigert die Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit deutlich; Durch das Abschrecken mit Wasser können hoch{0}feste Titanlegierungen optimale Zugeigenschaften bei Raumtemperatur erreichen.

 

3. Nachteile

Große interne -externe Temperaturunterschiede erzeugen starke thermische und strukturelle Spannungen, die leicht zu Rissen, Verformungen und übermäßiger Eigenspannung führen. Nach dem-Abschrecken sind Anlassen und Spannungsarmglühen-obligatorisch.

 

4.Anwendung

Hochfeste Titanlegierungen, einschließlich Ti-6,5Al-3,5Mo-1,5Zr-0,3Si und Ti-6,5Al-4,0Mo-4,0Zr; kritische tragende Teile von Flugtriebwerken, hochwertige verschleißfeste Kernkomponenten mit strengen Leistungsanforderungen.

 

 

1.Eigenschaften

Eine präzise Kühlmethode mit extrem-niedriger Kühlrate. Nach dem endgültigen Schmieden werden die Schmiedestücke in Warmhalteöfen, langsam abkühlende Gruben oder Vakuum-Wärmekonservierungsgeräte gelegt, um eine langsame Gradientenkühlung mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als bei der natürlichen Luftkühlung durchzuführen. Eine langsame Vakuumkühlung kann die Oxidation weiter verhindern und so die Oberflächenqualität und die Reinheit der Mikrostruktur gewährleisten.

 

2. Vorteile

Eine stabile Temperaturschwankung sorgt für ein gleichmäßiges Temperaturfeld innerhalb der Schmiedeteile, eliminiert Abkühlungsspannungen nahezu und vermeidet Mikrorisse und ungleichmäßige Mikrostrukturen. Behält die Plastizität, Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit des Materials bei starker Mikrostrukturstabilität vollständig bei und reduziert die Verformung während der nachfolgenden Bearbeitung und Wartung.

 

3. Einschränkungen

Langer Prozesszyklus, hoher Energieverbrauch und geringe Produktionseffizienz.

 

4.Anwendung

Hochpräzise, ​​große-Schmiedeteile aus Titanlegierung mit hohen Anforderungen an die Zähigkeit, weit verbreitet in Präzisionskernkomponenten für die Luft- und Raumfahrt, spezieller militärischer Ausrüstung und kritischen Strukturteilen für hohe Temperaturen und hohen Druck.

 

 

1.Prozessessenz

Regulieren Sie die Abkühlgeschwindigkeit, um die Phasenumwandlung und Kornmorphologie zu steuern und so die Leistungsanforderungen der Komponenten zu erfüllen.

 

2.Grundprinzipien

Langsames Abkühlen für überlegene Plastizität; forcierte Luftkühlung für ausgewogene Gesamtleistung; Flüssigkeitsabschreckung für hohe Festigkeit; natürliche Luftkühlung für die allgemeine Massenproduktion.

 

3. Positionierung jedes Prozesses

• Natürliche Luftkühlung und erzwungene Luftkühlung: Geeignet für herkömmliche Massenteile, wobei Produktionskosten und Dimensionsstabilität in Einklang gebracht werden;
• Flüssigkeitsabschreckung: Verwirklicht die Materialverstärkung und muss mit einer Spannungsentlastungswärmebehandlung kombiniert werden;
• Langsames Abkühlen mit Wärmeerhaltung: Zielt auf hochwertige Präzisionskomponenten ab, um eine hervorragende Mikrostrukturstabilität und Zähigkeit zu erreichen.
• Schlüsselproduktion: Wählen Sie Kühlschemata und entsprechende Parameter basierend auf der Titanlegierungssorte, der Schmiedestückgröße und den Betriebsbedingungen aus, um Kühlfehler zu verhindern und gemeinsam die Mikrostruktur, die mechanischen Eigenschaften und die Maßgenauigkeit der Schmiedestücke zu optimieren.

 

 

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