Erweichungseigenschaften bei hohen-Temperaturen und Schmiedekontrolle von Titanlegierungen

Die Erweichung bei hohen Temperaturen ist das grundlegende physikalische Gesetz beim Schmieden von Titanlegierungen. Eine steigende Temperatur verstärkt die thermische Bewegung der Atome und verringert den Versetzungswiderstand, was zu einem erheblichen Rückgang der Materialfestigkeit und des Verformungswiderstands führt. Dies ist die Grundlage für die plastische Umformung vonTitanlegierungenAllerdings kann es auch zu Prozessproblemen wie Kornvergröberung, ungleichmäßiger Leistung und Formungsfehlern kommen.

 

 

1. Körperliche Erweichung

Eine erhöhte Temperatur verstärkt die Schwingung der Atomgitter und schwächt die Atombindung, wodurch der Widerstand gegen Versetzungsbewegungen deutlich verringert wird. Titanlegierungen haben bei Raumtemperatur eine hohe Verformungsbeständigkeit, behalten bei 400 Grad über 65 % ihrer Festigkeit und nehmen oberhalb von 600 Grad schnell ab. In diesem Stadium nimmt die Fließspannung mit steigender Temperatur kontinuierlich ab, entsprechend dem allgemeinen Gesetz der Metalle.

 

2. Phasenumwandlungserweichung

+ Zwei-Phasenregion: Die Verformung wird durch -Phasenschlupf und -phasenkoordinierte Verformung dominiert, wobei die Erweichung von einer dynamischen Erholung begleitet wird, bei der sich Versetzungen neu anordnen, die Verhärtung jedoch nicht vollständig beseitigen kann.

 

einphasiger-Phasenbereich: Gute Plastizität und geringer Verformungswiderstand, aber die Körner neigen zur Vergröberung, was zu einem erheblichen Rückgang der Festigkeit und Zähigkeit der Schmiedestücke führt.

 

Nahe-Phase-Transformationsbereich: Optimale Erweichungs- und Plastizitätseffekte, geeignet für Präzisionsschmieden, jedoch mit einem sehr engen Prozesskontrollfenster.

 

3. Dynamische Enthärtung

Dynamische Erholung: Tritt meist bei mittleren -niedrigen Temperaturen und hohen Dehnungsraten auf. Versetzungen ordnen sich durch Gleiten und Klettern neu an, mit begrenzter Erweichungswirkung und verbleibender Kaltverfestigung.

 

Dynamische Rekristallisation: Tritt meist bei hohen Temperaturen und niedrigen Dehnungsgeschwindigkeiten auf. Neue Körner entstehen und wachsen, wodurch eine Verhärtung vollständig vermieden und die Mikrostruktur verfeinert wird. Wenn Gr5 beispielsweise bei 920–950 Grad und 0,01 s⁻¹ verformt wird, ist eine dynamische Rekristallisation ausreichend und die Körner können auf 5–10 μm verfeinert werden.

 

Superplastische Erweichung: Unter bestimmten Temperaturbereichen und extrem niedrigen Dehnungsraten wird die Verformung durch Korngrenzengleiten dominiert, mit einer Dehnung von über 1000 %, geeignet für die Formung komplexer Präzisionskomponenten.

 

 

1. Kommerziell reines Titan

Weichmachende Eigenschaften: Stabile Leistung unter 300 Grad, schneller Festigkeitsabbau über 350 Grad und Verformungsbeständigkeit bei 600 Grad beträgt nur 1/5 von der bei Raumtemperatur.

 

Prozesspunkte: Schmiedetemperatur 800–900 Grad, Schutz gegen Hochtemperaturoxidation erforderlich; Gute Formbarkeit, geeignet für Freiformschmieden und konventionelles Gesenkschmieden.

 

2. + Typ

Weichmachende Eigenschaften: Am häufigsten verwendet, hohe Festigkeit bei 400–500 Grad, offensichtliche Erweichung über 600 Grad und Phasenumwandlungstemperatur T etwa 980–1020 Grad.

 

Hauptunterschiede:

Schmieden im +-Bereich: Bildet eine Duplex-Mikrostruktur mit ausgewogener Festigkeit-Zähigkeit und optimalem Ermüdungsverhalten.

Schmieden im Bereich: Anfällig für Kornvergröberung und stark reduzierte Ermüdungslebensdauer, wird nur für große Rohlinge- verwendet.

 

3. Nahe- Geben Sie hohe-Temperatur ein

Weichmachende Eigenschaften: Enthält Elemente wie Sn, Zr, Si, mit starker Erweichungsbeständigkeit bei 600–650 Grad und hervorragenden Kriecheigenschaften.

Prozesspunkte: Schmiedetemperatur 950–1000 Grad, Phasenanteil unter 30 % kontrollieren, um eine hohe Temperaturstabilität zu gewährleisten.

 

4. Geben Sie ein

Weichmachende Eigenschaften: Hoher Mo- und V-Gehalt, hohe Phasenumwandlungstemperatur, geringe Verformungsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und gute Härtbarkeit.

 

Prozesspunkte: Verwenden Sie Bereichsschmieden und eine niedrige Dehnungsrate, um die dynamische Rekristallisation zu fördern und ungleichmäßige Phasenausfällung zu vermeiden.

 

 

1. Schmiedetemperatur

Temperaturbereich: Konventionelles Schmieden im +-Bereich; Präzisions-/isothermes Schmieden im nahen-Phasen--Umwandlungsbereich; Schmieden nur für große Rohlingsverzahnungen, gefolgt von +-Bereich-Fertigschmieden.

 

Anforderungen an die Temperaturregelung: Erhitzen im Vakuum-/Atmosphärenofen, Temperaturregelung ±5 Grad, Halten für 1–2 Stunden; Temperaturschwankung von Gesenk und Knüppel beim isothermen Schmieden ±5 Grad, Temperaturabfall beim konventionellen Schmieden nicht über 50 Grad; Endschmiedetemperatur größer oder gleich 850 Grad, um Rissbildung zu verhindern.

 

2. Verformungsrate

Niedrige Rate: Für isothermes/superplastisches Schmieden, gleichmäßige Mikrostruktur, geeignet für Präzisionsteile in der Luft- und Raumfahrt.

Mittlere Rate: Für konventionelles Gesenkschmieden mit ausgewogenem Verhältnis von Effizienz und Qualität.

Hohe Rate: Nur für einfache Teile, die zu Überhitzung, grober Körnung und Rissbildung neigen.

 

3. Verformungsgrad und -modus

Verformungsgrad: Einzeldurchgang 40–60 %, Gesamtverformung größer oder gleich 70 %, um die Mikrostruktur zu verfeinern.

Verformungsmodus: Isothermes Schmieden mit hoher Präzision; multi-direktionales Schmieden zur Verbesserung der Isotropie; Radialschmieden geeignet für lange Wellenteile.

 

4. Schutz vor hohen-Temperaturen

Vakuum-/Argonschutz, Sauerstoffgehalt<10ppm;

Verwenden Sie eine Schutzbeschichtung zur Reibungsreduzierung und Oxidationsbeständigkeit.

Verkürzen Sie die Haltezeit bei hohen Temperaturen und arbeiten Sie kontinuierlich.

 

5. Matrizen und Ausrüstung

Gesenke: Gesenke auf Molybdän/Nickel--Basis für isothermes Schmieden, vorgewärmt auf über 80 % der Knüppeltemperatur, Gesenkreparatur, wenn der Verschleiß 0,2 mm übersteigt.

Ausrüstung: Servohydraulische Presse mit Infrarot-Temperaturmessung und geschlossener Temperaturregelung.

 

6. Digitale Simulation

Verwenden Sie DEFORM und ABAQUS, um Feldvariablen und die Entwicklung der Mikrostruktur zu simulieren, wodurch die Ausschussrate um 20 % reduziert und die Gleichmäßigkeit der Mikrostruktur um 30 % verbessert wird.

 

 

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