Aleación de titanio: características, desafíos de procesamiento y aplicaciones futuras

La aleación de titanio, un material con alta resistencia específica, excelentes propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión, siempre ha sido una opción ideal para la fabricación de aviones y motores. Sin embargo, su pobre maquinabilidad ha sido durante mucho tiempo el factor principal que restringe su aplicación generalizada. Sin embargo, con el avance continuo de la tecnología de procesamiento, el campo de aplicación de la aleación de titanio se ha ampliado significativamente, y ahora se usa ampliamente en la fabricación de múltiples componentes de motores de aeronaves y piezas de marco estructural. A continuación, exploraremos las características únicas de las aleaciones de titanio y sus propiedades de procesamiento relacionadas.

▲ Características de las aleaciones de titanio y titanio
Las aleaciones de titanio y titanio muestran muchas características excelentes, principalmente que incluyen:

Alta resistencia y dureza: la resistencia a la tracción de la aleación de titanio es tan alta como 686-1176MPA, mientras que su densidad es solo alrededor del 60% de acero, por lo que tiene una alta resistencia específica. La dureza de la aleación de titanio recocido llega a HRC 32-38, mostrando su ventaja de dureza.

Módulo elástico bajo: el módulo elástico de la aleación de titanio recocido es 1.078 × 10-1.176 × 10MPa, que es aproximadamente la mitad de la de acero y acero inoxidable. Esta característica lo hace más difícil cuando se somete al impacto.

Excelente rendimiento de alta y baja temperatura: la aleación de titanio puede mantener excelentes propiedades mecánicas a altas temperaturas, su resistencia al calor es mucho mejor que la de la aleación de aluminio y su rango de temperatura de trabajo es amplia. La temperatura de trabajo de la nueva aleación de titanio resistente al calor puede incluso alcanzar 550-600 grados. En un entorno de baja temperatura, la fuerza de la aleación de titanio se mejora mientras se mantiene una buena resistencia, por ejemplo, aún puede mantener una excelente resistencia a -253 grados.

Excelente resistencia a la corrosión: el titanio puede formar rápidamente una película densa de óxido de titanio en el aire por debajo de 550 grados, dándole una excelente resistencia a la corrosión en medios oxidantes como atmósfera, agua de mar, ácido nítrico y ácido sulfúrico, y álcali fuerte.

▲ Rendimiento de procesamiento de aleaciones de titanio y titanio
Al procesar las aleaciones de titanio, sus características y características durante el corte deben considerarse completamente. Se recomienda utilizar herramientas de carburo, como el carburo de tungsteno-cobalto, debido a su baja afinidad química con la aleación de titanio, buena conductividad térmica y alta resistencia. Para el corte intermitente a baja velocidad, se puede seleccionar carburo de grano ultramenado con resistencia al impacto; Mientras que el acero de alta velocidad con un excelente rendimiento de alta temperatura es adecuado para formar y herramientas complejas.

▲ Proceso de corte
Use un ángulo de rastrillo más pequeño y un ángulo posterior más grande, que puede aumentar la longitud de contacto entre el chip y la cara de la herramienta delantera, reduciendo así la fricción entre la pieza de trabajo y la cara de la herramienta posterior. La parte de la punta adopta un borde de transición de arco para mejorar la resistencia y evitar el ardor y el astillado en las esquinas afiladas. Al mismo tiempo, es crucial mantener la cuchilla afilada para garantizar la extracción de chips suave y evitar el astillado causado por los chips pegados. Durante el proceso de corte, se debe seleccionar una velocidad de corte más baja para evitar que la temperatura de corte sea demasiado alta. La velocidad de alimentación debe ser moderada. Demasiado puede causar la quema de herramientas, mientras que muy poco puede causar un desgaste rápido debido a que la cuchilla funciona en la capa endurecida. La profundidad de corte se puede establecer más grande para que la punta funcione debajo de la capa endurecida, lo que ayuda a mejorar la durabilidad de la herramienta. Además, el refrigerante debe usarse completamente para enfriar durante el procesamiento.

▲ RODING
Al cortar la aleación de titanio, debido a la gran resistencia al corte, el sistema de proceso debe tener suficiente rigidez. Al mismo tiempo, dado que la aleación de titanio es fácil de deformar, la fuerza de sujeción no debe ser demasiado grande durante el proceso de corte, especialmente en algunos procesos de acabado, y los soportes auxiliares incluso se requieren para garantizar la precisión del procesamiento cuando sea necesario.

Además, la aleación de titanio enfrenta una serie de desafíos en la molienda. Sus propiedades químicas están activas, y es fácil ser afinidad y adherirse a los abrasivos a altas temperaturas, lo que causará un bloqueo de la rueda de molienda, un mayor desgaste y un rendimiento reducido de molienda. Al mismo tiempo, el desgaste de la rueda de molienda también aumentará el área de contacto entre la rueda de molienda y la pieza de trabajo, empeorará las condiciones de disipación de calor y hará que la temperatura del área de molienda aumente bruscamente, lo que resulta en grietas de molienda y quemaduras locales. Además, la alta resistencia y la dureza de la aleación de titanio también dificulta la separación de los chips de molienda durante el proceso de molienda, aumenta la fuerza de molienda y aumenta el consumo de energía de molienda. Además, la baja conductividad térmica y el pequeño calor específico de aleación de titanio conducen a una conducción de calor lenta durante la molienda, y el calor es fácil de acumular en el área del arco de molienda, lo que agrava aún más el aumento en la temperatura del área de molienda.
▲ Procesamiento de extrusión
Al extruir las aleaciones de titanio y titanio, es necesario asegurarse de que la temperatura de extrusión sea lo suficientemente alta y que la velocidad de extrusión sea lo suficientemente rápida como para evitar que la temperatura caiga demasiado rápido. Al mismo tiempo, el tiempo de contacto entre el tocho de alta temperatura y el dado debe acortarse tanto como sea posible, por lo que se recomienda usar nuevos materiales de matriz resistentes al calor. Al transmitir la palanquilla, la velocidad desde el horno de calefacción hasta el barril de extrusión también debe ser lo suficientemente rápido. Además, dado que el metal puede estar contaminado por gas durante el calentamiento y la extrusión, se deben tomar medidas de protección apropiadas.

Durante el proceso de extrusión, es crucial elegir un lubricante adecuado para evitar que se adhieran al dado. Por ejemplo, se pueden usar métodos como extrusión de chaqueta y extrusión de lubricación de vidrio. Cabe señalar que el efecto térmico de deformación de las aleaciones de titanio y titanio es grande y la conductividad térmica es pobre, por lo que se debe tener especial cuidado para evitar el sobrecalentamiento durante la deformación de la extrusión.
▲ Forjeo y fundición
Por otro lado, las aleaciones de titanio son muy sensibles a los parámetros del proceso de forja. Los cambios en la temperatura de forja, la cantidad de deformación, la velocidad de deformación y la velocidad de enfriamiento afectarán significativamente la microestructura y las propiedades de las aleaciones de titanio. Para controlar mejor la microestructura y las propiedades de las paradas, las tecnologías de forja avanzadas, como la falsificación de diedes en caliente y la falsificación isotérmica, se han utilizado ampliamente en la producción de aleaciones de titanio en los últimos años.

Debido a la alta actividad química de las aleaciones de titanio y titanio, son propensas a reacciones químicas violentas con nitrógeno, oxígeno y otros elementos en el aire, y también reaccionan con materiales refractarios comúnmente utilizados en el proceso de fundición. Por lo tanto, el lanzamiento de las aleaciones de titanio y titanio, especialmente el lanzamiento de la inversión, es mucho más difícil que el lanzamiento de la inversión de aluminio y acero. En los primeros días de la fundición de titanio, dado que el desarrollo de la tecnología de fundición no era tan bueno como el de la tecnología de procesamiento de presión, las aleaciones de titanio de fuerza media con cierta deformación, como Ti6al4v y Ti5al2.5Sn, se usaron principalmente como materiales de aleación de fundición. Estas aleaciones todavía se usan ampliamente hoy. Sin embargo, con el avance de la tecnología de fundición de titanio y la mejora de los requisitos de rendimiento para las aleaciones de titanio de fundición, especialmente la creciente complejidad de las estructuras de fundición, la opinión original de que "todas las aleaciones de titanio deformadas son adecuadas para el casting" ya no es aplicable.

En resumen, aunque las aleaciones de titanio se usan ampliamente en aeroespaciales y otros campos debido a su excelente rendimiento, su eficiencia de procesamiento y costos de producción aún restringen el alcance de su aplicación. Con el avance de la tecnología de fundición de titanio y la disminución de los precios, el potencial de aplicación del titanio en la industria civil se lanzará aún más. Especialmente en los campos de la construcción naval, la fabricación de automóviles, la industria química, la electrónica, el desarrollo marino, etc., la aplicación de titanio marcará el rápido crecimiento. Al mismo tiempo, esto también promoverá el progreso continuo de la industria de titanio y la tecnología de procesamiento de titanio.

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