¿Cómo prevenir los 7 tipos y causas principales del agrietamiento en la forja de aleaciones de titanio?

Las aleaciones de titanio con baja densidad, alta resistencia, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, no magnéticas y biocompatibilidad y otros excelentes resultados integrales, en el sector aeroespacial contemporáneo, equipos de armas, químicos y petróleo, medicina, energía nuclear y otros campos de aplicación son cada vez más y más utilizados, la mayoría de los cuales se utilizan en la deformación de aleaciones de titanio como barras, piezas forjadas y perfiles laminados. La deformación de la forja es para garantizar que el material de aleación de titanio obtenga la organización ideal y las propiedades de los medios importantes, pero en el proceso de producción de forja de aleación de titanio, especialmente de lingotes a barras, a menudo hay varias formas de agrietamiento, no solo para aumentar la costo de producción y fabricación, sino también para reducir la eficiencia de producción y la tasa de material, y cuando la gravedad del producto desechado. En vista de esto, este artículo analiza y resume el fenómeno de agrietamiento que ocurre en el proceso de forja de aleaciones de titanio a lo largo de los años, y propone medidas para prevenir y resolver el agrietamiento, a fin de garantizar la eficiencia de producción y la calidad del producto de titanio. forja de aleaciones.
1, clasificación y causas del agrietamiento por forja de aleación de titanio
1.1 Grietas en la cara final
El agrietamiento de la cara del extremo es un tipo de agrietamiento que ocurre en la cara del extremo del tocho en el proceso de forja de aleación de titanio, y las grietas son generalmente más grandes y más comunes. El agrietamiento de la cara final tiene un mayor impacto, lo que generalmente lleva a que la forja no pueda continuar de acuerdo con el proceso. Las principales razones del agrietamiento de la cara del extremo: ① los orificios de contracción de la cabeza del lingote o el extremo de la segregación en frío no está completamente limpio; ② proceso de recalcado, la cara del extremo del tocho y el calor de contacto del yunque se absorben, tirando del proceso largo, el bulto de la cara del extremo del tocho se enfría rápidamente; ③ la posición de la cara final se realiza mediante diferentes direcciones de la extrusión, la deformación no es uniforme o la velocidad de deformación durante mucho tiempo es demasiado rápida; ④ parte de la resistencia a la deformación del tocho es grande, poca movilidad, el final del corazón del cóncavo.
1.2, grieta plegable
El craqueo por plegado se produce principalmente en tres tipos de casos: en primer lugar, la relación altura-diámetro del lingote de aleación de titanio de la materia prima mayor o igual a 2,5 o muestreo del lingote en el medio del lingote, ranura de muestreo residual, recalcado y plegado; En segundo lugar, el proceso de forja del tocho en la parte media de la grieta, moliéndolo en un hoyo profundo, volcando y doblando nuevamente; En tercer lugar, los otros procesos auxiliares generados por las esquinas afiladas de los baches y cráteres no están de acuerdo con las disposiciones de las lesiones por descarga de trituración. La Figura 1 (a) muestra el plegado de un tocho de aleación de titanio TB6 en la parte media debido a una picadura profunda después del rectificado. Figura 1 (b) para un aserrado de palanquilla de aleación de titanio TC4-LC inclinado al dividir, gire 180 grados para continuar aserrando, la superficie de aserrado en el medio de los bordes afilados residuales no está pulida y luego tire a lo largo de la Se produjo un plegamiento más grave.
1.3 Lágrima
El desgarro es un tipo de agrietamiento transversal del tocho de aleación de titanio, desgarro localizado del tocho durante el estirado y la deformación. El desgarro por forjado aumentará la cantidad de molienda, reducirá la cantidad de material en la tasa de material, mientras que el desgarro más profundo en el proceso de formación puede provocar que la pieza en bruto no pueda cumplir con los requisitos de tamaño de mecanizado del producto y se deseche. La razón principal del desgarro es que una sola pasada por debajo de la cantidad es demasiado grande (un solo lado mayor a 50 mm) o por debajo de la velocidad es demasiado rápida, Figura 2 (a) para el desgarro de una losa de aleación de titanio TB6. En segundo lugar, la deformación del yunque del martillo debido al uso prolongado de la curvatura del borde no es lo suficientemente suave, o la temperatura de precalentamiento del yunque del martillo no es suficiente, la deformación regular bajo presión también provocará el desgarro del tocho. Además, algunas barras de eje escalonado o forjadas con escalones, debido a la gran diferencia en el tamaño local de la plataforma incorrecta, es más probable que se rompa la forja larga al tirar, Figura 2 (b) para un titanio TC4-DT Paso de forja de aleación en el desgarro.

1.4, grieta interna
El agrietamiento interno generalmente se refiere a un agrietamiento continuo o intermitente de un solo punto dentro del tocho de aleación de titanio en el proceso de forja, que generalmente es difícil de encontrar y debe detectarse mediante inspección baja o detección de fallas ultrasónica. Este tipo de fisura destruye la continuidad del metal y sólo puede ser desguazado. Las razones del agrietamiento interno se pueden resumir en dos categorías: en primer lugar, algunos materiales de aleación de titanio contienen tungsteno, molibdeno y niobio y otros elementos metálicos refractarios, la existencia local de segregaciones más graves, inclusiones o segregaciones sueltas en frío y otros defectos metalúrgicos en el proceso de forja y deformación en una fuente de grietas; En segundo lugar, para algunas especificaciones pequeñas (casi 90 mm o Ф90 mm o menos), materiales de aleación de titanio, que requieren un largo proceso de enfriamiento rápido, el borde invertido de la temperatura es bajo o es necesario forjarlo, gradiente de temperatura local del tocho, fácil de producir. grietas internas. Figura 3 para la detección de fallas en una barra terminada de aleación de titanio TA15 de casi Ф85 mm encontrada cerca del corazón de la posición de la morfología de la fractura interna, después de analizar el segundo caso.

1.6. agrietamiento frágil
Algunos materiales de aleación de titanio a alta temperatura, difíciles de deformar, tienen poca plasticidad, control inadecuado del proceso, fácil de causar grietas severas y frágiles, grietas profundas y difíciles de eliminar. Por debajo de los requisitos del proceso de forja a temperatura final, el tocho bajo mayor presión es propenso a agrietarse por fragilidad. Hay algunos materiales de aleación de titanio de alta temperatura que no requieren un horno de baja temperatura de 200 ~ 300 grados o el proceso de calentamiento segmentado no es razonable, la temperatura es demasiado rápida, debido a la mala conductividad térmica de las aleaciones de titanio, lo que resulta en el proceso de calentamiento del Extremo y medio del tocho, la superficie y el corazón de la existencia de un gran gradiente de temperatura, fuera de la forja, se producen grietas graves. La Figura 5 (a) muestra el agrietamiento de un material de prueba de aleación de titanio a alta temperatura, casi dividido en dos secciones, después de analizar el proceso de calentamiento y el proceso de calentamiento es demasiado rápido. La Figura 5 (b) muestra un proceso de forja de lingotes de Ti3Al que ocurre durante el craqueo frágil, analizado como resultado de una operación de enfriamiento inadecuada. Debido a una falla del equipo, se deja de forjar enfriado por aire, la máquina operativa que sujeta las piezas del lingote envueltas en algodón aislante no se limpia a tiempo, el enfriamiento del lingote no es uniforme y el material es más sensible a la temperatura, en el calentamiento y la forja, en el lingote envuelto en algodón aislante se agrieta en el borde.
1.7, Superficie agrietada a través del cuerpo.
La calidad metalúrgica del lingote es deficiente, los defectos de la superficie no se eliminan completamente o el proceso de calentamiento no es razonable y provoca grietas en la superficie del tocho durante el proceso de forja. El área general es un daño relativamente grande y grave. Figura 6 para el procesamiento del material entrante TC4-LC lingote de aleación de titanio primer disparo largo, cerca de la posición de la cabeza del lado del agrietamiento grave (cuadro en la figura), después de analizar el número de horno de la calidad de fundición del lingote es pobre, la segregación en frío de la superficie del lingote y los orificios de aire subcutáneos no se limpian como resultado. Empresa de fundición de lingotes de material de prueba de aleación de titanio, primer fuego que forja a través del cuerpo con grietas graves, después del análisis del punto de cambio de fase del material de prueba de 1020 grados, mientras que la temperatura de apertura es de solo 1050 grados, la temperatura de calentamiento es baja, la plasticidad de la organización del estado de fundición es pobre. lo que resulta en grietas graves, y luego se calienta hasta 1150 grados y se vuelve a abrir el tocho, el agrietamiento se reduce significativamente.
2, características de craqueo de forja de aleación de titanio
2.1 Daño grave
El agrietamiento de la aleación de titanio es un peligro grave, no solo porque aumenta la intensidad del trabajo de los trabajadores durante la molienda, reduce la eficiencia de la producción, sino también reduce el rendimiento del producto. Parte del agrietamiento grave debido a la molienda más profunda, la necesidad de aumentar los tiempos de corte del fuego, aumentar los costos de fabricación, para la producción por lotes de productos debido a la violación de las especificaciones del proceso de curado, es fácil causar fluctuaciones en la calidad del producto. Las grietas de forjado más graves pueden provocar la obsolescencia del producto debido a la incapacidad de cumplir con los requisitos de tamaño o peso de entrega del producto.
2.2, congénito
Para Ti3Al, Ti2AlNb, IMI 834, así como algunos componentes nuevos de aleaciones de titanio de alta temperatura difíciles de deformar, debido a sus propios factores estructurales y organizativos, la capacidad de deformación es pobre y en sí misma más propensa a agrietarse. La calidad metalúrgica de ciertos lingotes de aleación de titanio es mala, hay segregación, inclusiones, porosidad subcutánea o segregación en frío y otros defectos metalúrgicos, en el proceso de forjado posterior es propenso a agrietarse por fuego múltiple y es más difícil de eliminar.
2.3 Difícil de reparar y pulir
Grietas de aleación de titanio con características de molienda difíciles: ① las grietas deben limpiarse, es necesario controlar la relación de ancho a profundidad de molienda mayor o igual a 10, moliendo una cantidad mayor; ② parte de la mala plasticidad de la aleación de titanio, debido al aumento de temperatura local de la molienda del tocho, la existencia de un gradiente de temperatura, el enfriamiento debido al papel de la tensión, las grietas continuarán extendiéndose, es decir, mientras se rectifican las grietas; ③ algunos de los tamaños pequeños de varillas de aleación de titanio o piezas forjadas, debido al peso del tamaño pequeño, el pulido no es fácil de arreglar; ④ El agrietamiento en el extremo de algunas barras y piezas forjadas más largas, que deben pulirse verticalmente, es difícil de operar y representa un peligro para la seguridad; ⑤ Ciertas piezas tienen formas y tamaños irregulares, y no hay lugar para comenzar con el pulido de las grietas internas.
2.4 Inspección difícil
El agrietamiento de la aleación de titanio tiene características de inspección difíciles: ① las grietas necesitan una inspección del 100%, carga de trabajo de inspección; ② las grietas se vuelven más pequeñas, fáciles de cubrir con polvo de esmerilado, el inspector no puede determinar a simple vista si se deben eliminar completamente; ③ algunas formas irregulares, las grietas son más difíciles de inspeccionar; ④ se producen grietas dentro del tocho o debajo de la piel, no visibles a simple vista, generalmente se inspecciona el producto terminado o se realiza una inspección baja para saber cuándo es demasiado tarde; ⑤ fácil de romper las grietas internas debido a la forma y el tamaño irregulares, las grietas no se pueden encontrar; ⑤ fácil de romper las grietas internas debido a la forma y el tamaño irregulares, las grietas no se pueden encontrar; ⑤ Es fácil romper las grietas internas debido a su forma y tamaño irregulares, las grietas no se pueden encontrar. ⑤ fácil de agrietar o formar antes de la prueba de penetración de coloración del billete, lo que aumenta la dificultad del trabajo del inspector.
3, prevención y solución de grietas de forja de aleación de titanio
De acuerdo con los siete tipos anteriores de formas, causas y características de agrietamiento de aleaciones de titanio, y combinados con ejemplos de agrietamiento, el desarrollo de medidas preventivas específicas. Al mismo tiempo, es necesario centrarse en mejorar el nivel de operación del personal y la comprensión tácita, para garantizar que los equipos clave estén en perfectas condiciones operativas, el desarrollo y la implementación estricta de molienda adecuada, especificaciones de inspección, control de los puntos clave e importantes. detalles.

3.2 Prevención de plegados y grietas
En primer lugar, controle la materia prima, el lingote de aleación de titanio o la relación entre altura y diámetro del tocho de proceso intermedio inferior o igual a 2,5, el rango de relación entre altura y diámetro más apropiado es de 1,8 ~ 2,3; En segundo lugar, la parte media de la ranura de muestreo residual del lingote y las partes de craqueo plegado del lingote de la máquina o tratamiento de lijado, asegúrese de redondear y alisar con una relación ancho-profundidad mayor o igual a 10; es apropiado; En tercer lugar, asegúrese de que el aserrado, el mecanizado y otros procesos auxiliares generados por las esquinas afiladas de los baches y cráteres (como el mecanizado de orificios de posicionamiento, etc.) se ajusten a los requisitos de control interno para el rectificado, similar a los pasos de palanquilla. Como se muestra en la Figura 7, los orificios de posicionamiento, etc. deben pulirse antes de continuar forjando.
3.3 Prevención de desgarros
En primer lugar, la máquina de forja rápida forja un solo paso unilateral bajo control de presión en un rango de 20 ~ 30 mm, la velocidad de presión no debe ser demasiado rápida (a 5 ~ 10 mm/s apropiado); En segundo lugar, para garantizar que la curvatura del borde del yunque del martillo sea mayor o igual a R40 mm, la deformación se produzca de manera oportuna para mantener el procesamiento y garantizar que el yunque se precaliente de antemano a 300 ~ 400 grados C; En tercer lugar, para los escalones de la barra del eje o el forjado escalonado, el forjado escalonado en la forja asegúrese de usar una ligera presión con el palo de golpe, luego el martillo debe presionarse hacia abajo lentamente y la deformación del martillo único debe controlarse estrictamente dentro de los 30 mm. , y cuando se produce un desgarro, se debe reparar el martillo o se debe detener la forja a tiempo para rectificar.
3.4, Prevención de grietas internas
En primer lugar, para los materiales de aleación de titanio que contienen elementos metálicos refractarios como tungsteno, molibdeno y niobio, debemos comenzar desde la fuente, fortalecer la investigación del proceso de fusión de lingotes, mejorar el nivel de la tecnología de fusión para reducir o eliminar la segregación, las inclusiones, sueltas o frías. segregación y otros defectos metalúrgicos; En segundo lugar, para palanquillas de aleación de titanio de tamaño pequeño, el proceso de trefilado debe ser achaflanado oportuno y tratar de evitar que la palanquilla sujete el extremo de la cabeza de la forja; las condiciones lo permitan y deben devolverse rápidamente al horno para ser forjada.
3.5 Prevención del agrietamiento longitudinal
En primer lugar, el proceso de trefilado de palanquillas de aleación de titanio en un biselado oportuno, prohíbe la aparición de bordes afilados y bordes negros; En segundo lugar, algunas de las aleaciones de titanio de alta temperatura sensibles a la temperatura que se forjan después del enfriamiento por aire o el enfriamiento del algodón aislante de la cubierta, trate de no utilizar los métodos de enfriamiento rápido enfriado por aire, agua, aceite y otros.
3.6 Prevención del agrietamiento frágil
Para la deformación difícil de materiales de aleación de titanio a alta temperatura, se debe utilizar "paquete de algodón forjado": es decir, el tocho se calienta hasta el tiempo de mantenimiento especificado, se retira el tocho y se envuelve en una capa de algodón aislante térmico (espesor de aproximadamente 10 mm , espolvoreado uniformemente con una capa de agente protector de vidrio), regresa al horno para continuar calentando (el tiempo según el tamaño del tocho y el algodón del paquete es rápido y lento), fuera de la forja, el proceso de aumento oportuno de la cubierta térmica algodón aislante, minimizar la temperatura del tocho, para minimizar la temperatura del tocho. Algodón, minimice la pérdida de temperatura del tocho, para garantizar que siempre en el proceso de forja la temperatura sea superior a la temperatura de forjado final, la práctica demuestra que la operación puede reducir significativamente el agrietamiento. Además, este tipo de calentamiento de aleación de titanio debe tomarse en un horno de baja temperatura de 200 ~ 300 grados, calentamiento en varias etapas, calentamiento lento (50 ~ 100 grados / h), para garantizar que el tocho se caliente uniformemente y reducir el gradiente de temperatura. en diferentes partes. Finalmente, en el proceso de forja se prohíbe la caída de material, evitando colisiones violentas con la pieza de trabajo; el proceso de enfriamiento es lento y uniforme; Se completa el pulido de grietas para la prueba de penetración del color, etc.
3.7, prevención de grietas en la superficie
En primer lugar, el agrietamiento de la superficie causado por la mala calidad metalúrgica de los lingotes debe fortalecer la investigación del proceso de fusión, mejorar el nivel de fusión y forjar antes de que sea necesario eliminar por completo la segregación en frío del lingote, la porosidad subcutánea y otros defectos metalúrgicos. En segundo lugar, al formular el proceso de calentamiento y forjado, debemos resumir en profundidad la lección de que la baja temperatura de calentamiento de un material de prueba provoca grietas graves y considerar exhaustivamente varios factores para garantizar que el proceso sea óptimo.
4, Conclusión
(1) El agrietamiento por forja de aleación de titanio incluye agrietamiento en los extremos, agrietamiento por pliegue, desgarro, agrietamiento interno, agrietamiento longitudinal, agrietamiento frágil, etc., con diversas formas y causas controlables; y se caracteriza por riesgos graves, congénitos, hereditarios, difíciles de reparar y rectificar, y difíciles de inspeccionar.
(2) Para reducir y evitar el agrietamiento en la forja de aleaciones de titanio, la prevención debe ser el enfoque principal y se deben desarrollar medidas preventivas razonables y factibles. Al mismo tiempo, debe garantizar que procesos importantes como la forja, el rectificado y la inspección estén bajo control y que los puntos de control clave de las medidas se implementen estrictamente.