L'alliage de titane est l'un des matériaux ayant la résistance spécifique la plus élevée parmi les matériaux actuellement utilisés. Il possède une série d'excellentes propriétés telles qu'une forte résistance à la corrosion, une résistance élevée, une faible densité et des performances stables à température moyenne. Il est largement utilisé dans l'industrie aérospatiale, la biomédecine, l'industrie pétrolière et l'énergie atomique. Il est largement utilisé dans les domaines de haute technologie.
Dans le processus de travail à chaud du titane et des alliages de titane, le forgeage libre est l'une des principales méthodes de traitement. Prenant l'exemple des barres de titane et d'alliages de titane, le forgeage libre peut traiter des barres finies et des ébauches dans des processus intermédiaires. En tant qu'ébauche intermédiaire, c'est un matériau qui fournit une certaine forme, une certaine taille, une certaine structure et des propriétés pour un traitement ultérieur tel que le forgeage et le laminage. Pour le produit fini, non seulement l'organisation et les performances du matériau doivent être strictement contrôlées, mais également la taille et la qualité de surface doivent répondre aux exigences, et aucune d'entre elles ne peut être livrée. Par exemple, une barre d'une longueur fixe de Φ152 plus 3/-0×2000 mm ne peut pas être livrée simplement parce qu'une fissure est réparée et meulée hors tolérance de 2 mm. Bien qu'il puisse être utilisé à d'autres fins, il affecte le délai de livraison. Dans le processus de production proprement dit, de tels exemples ne sont pas rares. Par conséquent, comment adopter la voie de traitement correcte et la méthode de forgeage raisonnable pour garantir la microstructure, les propriétés et la qualité de surface du matériau, en particulier pour éviter que les pièces forgées ne présentent des performances inférieures aux normes en raison de la microstructure ou de l'apparition de fissures profondes et de plis sur la surface résultant de taille excessive, est devenu une technologie d'ingénierie. l'un des sujets de recherche.
Matériel de forgeage libre et principales méthodes
Dans la production réelle actuelle, les fours de chauffage couramment utilisés pour le forgeage libre comprennent le four à charbon, le four à gaz naturel, le four électrique, etc. Les deux premiers fours de chauffage sont couramment utilisés pour l'ouverture des lingots. Parce que la température de chauffage du four électrique est facile à contrôler, la précision est élevée (généralement ± 10 degrés) et le degré de pollution est faible, le chauffage avant le produit fini utilise généralement un four électrique. L'équipement de forgeage comprend un marteau de forgeage, une presse hydraulique, une machine de forgeage rapide, etc. Bien entendu, pour des barres de petites dimensions telles que Φ12, Φ20, etc., un laminage est nécessaire, ce qui ne sera pas présenté ici.
1. Tirez
La déformation plastique des métaux suit la règle d'invariance volumique et la règle de moindre résistance. Lors du dessin, la longueur du flan devient plus longue et la section transversale devient plus petite. Le processus est grossièrement divisé en trois étapes : dessiner, chanfreiner et arrondir. Lors de l'étirage, la quantité d'alimentation ne doit pas être trop grande et doit généralement être inférieure à la largeur de l'ébauche. A ce moment, le flux longitudinal du métal le long de l'ébauche est supérieur au flux latéral. Au contraire, le flux latéral du métal le long de l'ébauche est supérieur au flux longitudinal, ce qui réduit l'efficacité de l'emboutissage. Dans le même temps, la quantité de pression unilatérale doit être égale ou inférieure à la quantité d'alimentation, sinon des plis se produiront. De plus, les bords des enclumes supérieure et inférieure du marteau de forgeage doivent être arrondis, sinon un pliage se produira également. Lors du chanfreinage, la force de frappe du marteau de forgeage doit être plus légère pour éviter les fissures au centre et à l'extrémité de la billette, et le chanfreinage doit être opportun, sinon des fissures peuvent facilement se produire sur les bords et les coins en raison de la réduction rapide de la température de bord. Lorsque la pièce forgée commence à être forgée, la température baisse en raison du roulement du four. À ce moment, le marteau doit être léger et rapide. Après que la température augmente, le marteau lourd doit être battu lentement. Au stade ultérieur du forgeage, en raison de la forte chute de température, le marteau doit être léger et rapide. Sinon, la forge doit être battue rapidement. La surface est facile à fissurer et même des fissures internes se produisent.
Dans la production réelle, la forgeabilité du matériau peut également être modifiée en modifiant l'état de contrainte. Si l'enclume plate est utilisée pour tirer la longueur, l'enclume inférieure peut être remplacée par une enclume en forme de V. En raison de l'effet de la contrainte de compression sur le côté de l'ébauche, la contrainte de traction au cœur de l'ébauche peut être réduite et les fissures peuvent être évitées. Baoji Xinglong Titanium Industry Co., Ltd. utilise des enclumes en forme de V pour forger des barres finies et semi-finies de différentes spécifications dans l'enclume inférieure de sa machine de forgeage rapide 1600T, et le rendement des matériaux a été efficacement amélioré.
2. Bouleversant
During upsetting, the height of the blank becomes smaller and the cross-sectional area becomes larger. When the amount of deformation is large, the defects such as dendrites and segregation in the center of the billet can be broken more than the elongation, so as to achieve the purpose of improving the structure. During upsetting, the forgings are subjected to axial compressive stress, but there is a maximum shear stress at an angle of 45 degrees to the axis, so oblique cracks are prone to occur along this direction. Occasionally, longitudinal cracks can also occur due to tensile stress. When the upsetting ratio H0/D0 (that is, the ratio of the height to the diameter of the blank) = 3, if the hammering force is insufficient, the two ends of the blank will have a double drum shape. At this time, it should be rounded first. . Sometimes, in order to make the end face flush, the blank should rotate properly in the horizontal direction while the hammer head is pressed down. When H0/D0>3, il y aura une flexion longitudinale, qui doit d'abord être redressée puis bouleversée. En général, dans le processus bouleversant, H0/D0<3, and="" it="" is="" best="" to="" be="" in="" the="" range="" of="">
Influence du forgeage libre sur la microstructure et les propriétés
Dans le processus de production réel, le diamètre de la barre varie de petit à grand, aussi petit qu'environ 10 mm et aussi grand que 300 mm ou même plus. Des matériaux de spécifications différentes déterminent différentes voies de traitement. Pour les matériaux avec des diamètres plus grands et des normes de performance plus élevées, si le lingot est étiré en une seule barre avec le diamètre requis, la déformation du matériau sera extrêmement inégale et insuffisante, entraînant une fragmentation insuffisante de la structure brute de coulée. La structure est inégale, les grains sont grossiers et les performances du matériau ne sont pas conformes aux normes. Par conséquent, lors du traitement de barres de grande taille, afin de déformer complètement le matériau, la structure est uniforme et la granulométrie est affinée, afin d'améliorer les performances globales du matériau, la combinaison de l'étirage et du refoulement est souvent utilisée. à plusieurs reprises, et le bouleversement est souvent inversé.
La température de déformation, la vitesse de déformation et le degré de déformation sont des paramètres très importants dans le processus de forgeage, qui jouent un rôle décisif dans la microstructure et les propriétés du matériau. La température de déformation comprend deux aspects. Il est nécessaire d'assurer une température de chauffage appropriée, c'est-à-dire d'assurer le chauffage et le forgeage dans une certaine région de phase pour assurer la structure après forgeage. Dans le même temps, la température finale de forgeage doit également être strictement contrôlée. Forger des fissures, même des fissures internes se forment, et la détection des défauts n'est pas satisfaisante et est mise au rebut ; la température finale de forgeage est trop élevée, en raison de la recristallisation statique, cela entraînera une structure grossière et réduira les performances. Par exemple, pour les barres finies en alliage de titane TC4, le forgeage à un ou deux feux avant le produit fini doit être chauffé et forgé dans la région à deux phases plus. , connue sous le nom de structure à trois états, qui détermine les propriétés globales du matériau telles que la résistance et la plasticité. Lors du forgeage de petites pièces forgées avec un petit marteau de forgeage, il convient de noter l'augmentation de température causée par la vitesse de déformation excessive. Si la température augmente pendant le processus de forgeage ou est trop proche du corps chauffant pendant le chauffage, la température locale dépasse plus/point de transition de phase, cela détériorera la structure, comme le montre la figure b, est droite, les grains sont grossiers, et là est le joint de grain, appelé structure surchauffée, ce qui réduit considérablement les performances du matériau. La vitesse de déformation est également importante. Par exemple, la vitesse de déformation est très lente lors du forgeage avec une presse hydraulique, et une cristallisation dynamique se produira pendant le processus de forgeage, ce qui est bénéfique pour améliorer la plasticité du traitement. Cependant, lors du forgeage avec un marteau de forgeage, la vitesse de déformation est plus rapide. A vitesse de déformation élevée, la recristallisation dynamique est souvent trop tardive à réaliser, ce qui conduira à une augmentation de la résistance à la déformation. Une vitesse de déformation appropriée ne fera pas trop monter la température des pièces forgées pour éviter la détérioration de la structure, ni ne diminuera beaucoup la température, ce qui nécessite un contrôle raisonnable du nombre de coups et du poids du marteau de forge.
La taille de la déformation a également une influence très importante sur la structure et les propriétés de la pièce forgée. Lorsque le lingot est ouvert, la quantité de déformation doit être augmentée, généralement de 70 % -80 %, afin de casser et d'améliorer la structure de coulée (dendrites, cristaux colonnaires, inclusions, ségrégation, pores, relâchement, etc.) . Lorsque le produit fini est forgé, la déformation ne doit pas être trop petite, généralement pas inférieure à 50%, sinon la structure à grain fin ne sera pas obtenue, et elle ne doit pas être trop grande, sinon la qualité de surface du forgeage sera détérioré. Bien sûr, si la quantité de déformation du dernier feu n'est pas suffisante, la température peut être abaissée de manière appropriée, et une meilleure structure peut également être obtenue.
Le processus détermine l'organisation, et l'organisation détermine la performance. Dans la production réelle, divers facteurs doivent être pris en compte de manière exhaustive pour garantir que le matériau de forgeage (ou forgé) qui a subi une certaine déformation peut avoir la structure et les propriétés requises.
Résumer
1) Pendant le processus de forgeage libre, le rapport de forgeage, la quantité de réduction, la quantité d'alimentation, la température de forgeage initiale, la température de forgeage finale et la fréquence et le poids du marteau sont mieux contrôlés, ce qui peut prévenir efficacement l'apparition de fissures et plis;
2) Dans la région de phase requise, la structure avec une certaine quantité de transformation primaire plus équiaxe peut être obtenue avec un taux de déformation approprié dans la plage de déformation spécifiée, et les performances globales sont bonnes.
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