1. Dichiarazione del problema
In un ciclo di produzione di prova di forgiati TC4, diversi indicatori di prestazione-del forgiato hanno fallito, inclusa la durata della "frattura da stress con intaglio" inferiore a 5 ore. L'analisi dovrebbe iniziare dalla struttura metallurgica e dalla morfologia di TC4, per poi esaminare il processo di forgiatura.
2. Caratteristiche della microstruttura TC4
La lega di titanio TC4 è una lega alfa+beta (Ti-6Al-4V). La struttura ricotta è fase alfa+beta, contenente circa il 6% dell'elemento alfa-stabilizzante alluminio; il vanadio stabilizza debolmente il beta, quindi la frazione beta ricotta è piccola, circa il 7-10%. A seconda del trattamento termico e delle condizioni di lavoro termico, le proporzioni, la natura e la morfologia delle fasi variano notevolmente. Il transo beta è di circa 1000 gradi:
| Riscaldamento e deformazione | Struttura | Caratteristiche |
|---|---|---|
| 950 gradi, aria fresca | Alfa primaria + beta trasformata | Equilibrato |
| 1100 gradi, aria fresca | Beta grossolana completamente trasformata (Widmanstatten) | Minore plasticità e resistenza agli urti; migliore resistenza allo scorrimento |
| Sopra beta transus, ampia deformazione | Struttura a rete-intrecciata | Plasticità/tenacità migliore di Widmanstatten; buone prestazioni alle alte-temperature e allo scorrimento viscoso |
| Sotto beta transus, deformazione sufficiente | Struttura equiassica | Migliori prestazioni complessive - elevata plasticità e resistenza agli urti |
3. Cause profonde del calo delle prestazioni
Dall'analisi microstrutturale, il calo delle prestazioni del TC4 è solitamente causato da due collegamenti nella forgiatura: (1) temperatura di riscaldamento troppo elevata - che raggiunge o supera il beta transus, che ingrossa i grani beta e riduce l'allungamento/restringimento della sezione; (2) deformazione del singolo-colpo insufficiente o eccessiva. La resistenza alla deformazione del titanio è elevata ma la conduttività termica è scarsa; durante la forgiatura, la temperatura localizzata può superare il beta transus e la deformazione sovradimensionata o sottodimensionata può grossolanamente i grani.
4. Correzioni e risultati del processo
Mantieni il riscaldamento della billetta al di sotto del beta transus (temperature del forno e di inizio-forgiatura non troppo elevate).
Utilizzare un leggero-colpo-martellamento veloce - ridurre la deformazione per singolo colpo per evitare il surriscaldamento locale e l'aggregazione della ricristallizzazione.
Imposta il trattamento termico post-forgiatura a 760-770 gradi (inferiore al parametro originale). - La deviazione della temperatura del forno superiore a 780 gradi peggiora le prestazioni.
Con queste correzioni, tutti gli indicatori di prestazione sono stati superati, compresa la durata della frattura da stress con intaglio superiore a 5 ore. La verifica della produzione con la stessa pratica ha confermato i risultati.
5. Conclusione
Nella produzione di pezzi forgiati in lega di titanio TC4, controllare rigorosamente i parametri del processo di forgiatura: in primo luogo, forgiatura leggera-colpo-veloce con ridotta deformazione a colpo singolo-; in secondo luogo, il trattamento termico post-forgiatura nell'intervallo 760-770 gradi. Ciò garantisce la qualità della forgiatura.
6. Contesto più ampio
La forgiatura delle leghe di titanio è ampiamente utilizzata nella produzione aeronautica e aerospaziale; la forgiatura isotermica viene utilizzata per parti di motori e parti strutturali di aeromobili e, sempre più spesso, per l'industria automobilistica, energetica e navale. L'alluminuro di titanio-a temperature più elevate e le leghe intermetalliche sono oggetto di ricerca attiva insieme ai loro processi di deformazione.
