Чому титан так важко викувати? - Новини

Титанважко підробити, насамперед тому, що при високих температурах він «високо реактивний, має погану теплопровідність і має тенденцію прилипати до матриці», що призводить до надзвичайно вузького вікна обробки.

1. Надзвичайно висока хімічна реакційна здатність при високих температурах

При температурах вище 600 градусів титан інтенсивно поглинає водень, кисень і азот, утворюючи твердий і крихкий "-корпус" (збагачений киснем-шар забруднення), що спричиняє розтріскування поверхні поковок і знижує пластичність. Чим вища температура, тим швидше відбувається поглинання газу; тому операції повинні проводитися в захисній атмосфері або з покриттям, а час нагрівання має бути коротким.

2. Надзвичайно вузький діапазон температур кування

Температура фазового перетворення (точка переходу) титану зазвичай становить близько 900–1000 градусів (залежно від сплаву).

Перевищення точки трансформації та вхід у повну область призводить до різкого збільшення розміру зерна, що призводить до різкого зниження міцності кування.

Нижче приблизно 700 градусів стійкість до деформації різко зростає, що робить матеріал схильним до розтріскування.

Фактичне вікно ковки часто становить лише 150–250 градусів, тоді як для сталі воно коливається від 400–600 градусів.

Якщо під час роботи температура падає занадто швидко, поковку необхідно повернути в піч; інакше він трісне від одного удару.

3. Погана теплопровідність і неоднорідність температури

Теплопровідність титану становить приблизно 1/4 від сталі та 1/15 від алюмінію. Під час кування:

Поверхня заготовки швидко охолоджується при контакті з порожниною матриці, а серцевина залишається гарячою.

Тепло деформації концентрується в серцевині, потенційно спричиняючи локальне перегрівання та горіння.

Велика різниця температур між внутрішньою та зовнішньою поверхнею → нерівномірна деформація → мікроструктурна неоднорідність і тенденція до розшарування

4. Висока стійкість до деформації та чутливість до швидкості деформації

Висока-напруга текучості титану дуже чутлива до швидкості деформації; опір під час кування молотом (висока швидкість) набагато більший, ніж під час кування пресом (низька швидкість). При тій же температурі стійкість до деформації титанових сплавів в 2-3 рази вище, ніж у звичайної сталі, що вимагає обладнання більшої вантажопідйомності.

5. Високий коефіцієнт тертя і схильність до прилипання до матриці

Коефіцієнт тертя між титановими та сталевими штампами становить 0,3–0,5 (порівняно з приблизно 0,1–0,2 для сталевих кувань), а при високих температурах відбувається дифузійне з’єднання (прилипання до штампів), що призводить до надзвичайно швидкого зносу штампів і подряпин на поверхні поковок. Тому часте застосування мастила та строгий контроль температури матриці є важливими.

5. Високий коефіцієнт тертя та схильність до прилипання до матриці

Коефіцієнт тертя між титановими та сталевими штампами досягає 0,3–0,5 (порівняно з приблизно 0,1–0,2 для сталевих поковок), а при високих температурах відбувається дифузійне з’єднання (прилипання до штампів), що призводить до надзвичайно швидкого зносу штампів і подряпин на поверхні поковок. Це вимагає частого застосування мастила та суворого контролю температури матриці.

6. Низький модуль пружності та значна пружинна віддача

Титан має модуль пружності приблизно 110 ГПа (порівняно з приблизно 210 ГПа сталі). Він демонструє значну віддачу після кування, що ускладнює контроль точності розмірів; потрібна додаткова компенсація в конструкції матриці.

Підводячи підсумок, можна сказати, що кування титану схоже на їзду на високій швидкості дуже вузьким «шляхом до досконалості»: енергія (тоннаж обладнання) має бути високою, але дорога (діапазон температур) надзвичайно вузька; транспортний засіб (деталь) сам по собі схильний до розтріскування, а навколишнє середовище (окислення, поглинання водню) повне пасток. Саме тому, що ці високі вимоги ускладнюються, технічні бар’єри для виробництва високо-якісних титанових поковок надзвичайно високі, а витрати відносно високі.

Titanium forgings Gr7 Titanium-Pd alloy Forged Ring factory