Jak zapobiegać 7 głównym typom i przyczynom pęknięć podczas kucia stopu tytanu?

Stopy tytanu o niskiej gęstości, wysokiej wytrzymałości, odporności na wysoką temperaturę, odporności na korozję, niemagnetyczności i biokompatybilności oraz innych doskonałych wszechstronnych właściwościach, we współczesnym przemyśle lotniczym, sprzęcie zbrojeniowym, chemicznym i naftowym, medycznym, energetyce jądrowej i innych obszarach zastosowań stają się coraz bardziej i szerzej stosowane, z których większość wykorzystywana jest do odkształcania stopów tytanu, takich jak pręty, odkuwki i profile walcowane. Odkształcenie przez kucie ma na celu zapewnienie, że stop tytanu uzyska idealną organizację i właściwości ważnych środków, ale w kuciu stopu tytanu, zwłaszcza w procesie produkcji wlewka do kęsów pręta, często występują różne formy pękania, nie tylko w celu zwiększenia koszty produkcji i wytwarzania, ale także w celu zmniejszenia wydajności produkcji i szybkości materiału, a także w przypadku powagi złomu produktu. Mając to na uwadze, w artykule tym przeanalizowano i podsumowano zjawisko pękania, które pojawia się na przestrzeni lat w procesie kucia stopu tytanu, a także przedstawiono środki mające na celu zapobieganie pękaniu i jego eliminowanie, aby zapewnić wydajność produkcji i jakość produktu tytanu kucie stopów.
1, Klasyfikacja pęknięć i przyczyny kucia stopów tytanu
1.1 Pęknięcie powierzchni czołowej
Pękanie powierzchni czołowej jest rodzajem pękania, które występuje na powierzchni czołowej kęsa w procesie kucia stopu tytanu, a pęknięcia są na ogół większe i częstsze. Pękanie powierzchni czołowej ma większy wpływ i zwykle prowadzi do tego, że kucie nie może być kontynuowane zgodnie z procesem. Główne przyczyny pękania czoła wlewka: ① otwory skurczowe w główce wlewka lub koniec segregacji na zimno nie jest całkowicie czysty; ② proces spęczania, powierzchnia czołowa kęsa i ciepło kontaktowe kowadła są pochłaniane, co powoduje długi proces, a wybrzuszenie powierzchni czołowej kęsa szybko się schładza; ③ położenie powierzchni czołowej w różnych kierunkach wytłaczania, odkształcenie nie jest równomierne lub prędkość odkształcania w długim czasie jest zbyt duża; ④ Niektóre z odporności na odkształcenia kęsów są duże, słaba mobilność, koniec serca wklęsłego.
1.2, pęknięcie składane
Pękanie składane obejmuje głównie trzy rodzaje przypadków: Po pierwsze, stosunek wysokości do średnicy wlewka ze stopu tytanu surowca większy lub równy 2,5 lub pobieranie próbek wlewka w środku wlewka, pozostały rowek do pobierania próbek, spęczanie i składanie; Po drugie, proces kucia kęsa w środkowej części pęknięcia, wcierania w głęboki dół, spęczania i ponownego składania; Po trzecie, inne procesy pomocnicze generowane przez ostre narożniki guzków i kraterów nie są zgodne z przepisami dotyczącymi urazów wyładowczych szlifierskich. Rysunek 1(a) przedstawia zagięcie kęsa ze stopu tytanu TB6 w środkowej części w wyniku głębokiego wżeru po szlifowaniu. Rysunek 1 (b) w przypadku kęsa ze stopu tytanu TC4-LC podczas rozłupywania należy obrócić go o 180 stopni, aby kontynuować cięcie, powierzchnia cięcia pośrodku pozostałych ostrych krawędzi nie jest wypolerowana, a następnie pociągnij kęs nastąpiło poważniejsze fałdowanie.
1.3 Łza
Rozdarcie to rodzaj poprzecznego pęknięcia kęsa ze stopu tytanu, zlokalizowanego przed rozerwaniem kęsa podczas rozciągania i odkształcenia. Rozrywanie przez kucie zwiększy ilość szlifowania, zmniejszy ilość materiału w ilości materiału, podczas gdy głębsze rozdarcie w procesie formowania może prowadzić do tego, że półwyrób nie będzie w stanie spełnić wymagań dotyczących wielkości obróbki produktu i złomu. Główną przyczyną rozdzierania jest to, że pojedyncze przejście jest zbyt duże (pojedynczy bok większy niż 50 mm) lub zbyt mała prędkość, Rysunek 2 (a) dla rozdarcia płyty ze stopu tytanu TB6. Po drugie, odkształcenie kowadła młotka spowodowane długotrwałym użytkowaniem krzywizny jego krawędzi nie jest wystarczająco gładkie lub temperatura wstępnego nagrzania kowadła młotka nie jest wystarczająca, regularne odkształcanie pod ciśnieniem będzie również prowadzić do rozdzierania kęsów. Ponadto w przypadku niektórych prętów wału stopniowego lub odkuwek ze stopniem, ze względu na dużą różnicę w lokalnych rozmiarach niewłaściwej platformy, bardziej prawdopodobne jest rozdarcie długiej odkuwki podczas ciągnięcia, rysunek 2(b) dla tytanu TC4-DT stopień kucia stopu przy rozdarciu.

1.4, pęknięcie wewnętrzne
Pękanie wewnętrzne ogólnie odnosi się do jednopunktowego, ciągłego lub przerywanego ciągłego pęknięcia w kęsie stopu tytanu w procesie kucia, które jest zwykle trudne do znalezienia i należy je wykryć za pomocą niewielkiej kontroli lub wykrywania wad ultradźwiękowych. Tego typu pęknięcia niszczą ciągłość metalu i można je jedynie zezłomować. Przyczyny pękania wewnętrznego można podzielić na dwie kategorie: po pierwsze, niektóre materiały ze stopów tytanu zawierają wolfram, molibden i niob oraz inne pierwiastki metali ogniotrwałych, lokalne występowanie poważniejszej segregacji, wtrąceń lub luźnych, segregacja na zimno i inne defekty metalurgiczne w proces kucia i deformacji w źródło pęknięć; Po drugie, w przypadku niektórych małych specyfikacji (quasi 90 mm lub Ф90 mm lub mniej) materiałów ze stopów tytanu, wymagających długiego procesu chłodzenia, odwrócona krawędź temperatury jest niska lub wymaga kucia obrotowego, lokalnego gradientu temperatury kęsów, łatwa w produkcji wewnętrzne pęknięcia. Rysunek 3 przedstawia wykrywanie wad gotowego pręta quasi-Ф85 mm ze stopu tytanu TA15, znalezionych w pobliżu rdzenia miejsca morfologii wewnętrznego pęknięcia, po przeanalizowaniu drugiego przypadku.

1.6. Kruche pękanie
Niektóre trudne do odkształcenia materiały ze stopu tytanu w wysokiej temperaturze same w sobie mają słabą plastyczność, niewłaściwą kontrolę procesu, łatwo powodują poważne kruche pęknięcia, pęknięcia głębokie i trudne do usunięcia. Poniżej wymagań procesowych dla końcowego odkuwania w temperaturze kucia, kęs pod większym ciśnieniem jest podatny na kruche pękanie. Istnieją pewne wysokotemperaturowe materiały ze stopów tytanu, które nie wymagają pieca niskotemperaturowego o temperaturze 200 ~ 300 stopni lub segmentowy proces ogrzewania jest nieuzasadniony, temperatura jest zbyt szybka ze względu na słabą przewodność cieplną stopów tytanu, co powoduje proces nagrzewania koniec kęsa i środek, powierzchnia i serce istnienia dużego gradientu temperatury, z odkuwki następuje poważne pękanie. Rysunek 5 (a) przedstawia pękanie materiału testowego ze stopu tytanu w wysokiej temperaturze, prawie podzielone na dwie sekcje, po przeanalizowaniu procesu ogrzewania, który okazał się zbyt szybki. Rysunek 5 (b) pokazuje, że proces kucia wlewka Ti3Al zachodzi podczas kruchego pękania, analizowanego jako wynik nieprawidłowego chłodzenia. Z powodu awarii sprzętu zatrzymaj kucie chłodzone powietrzem, działająca maszyna zaciskająca części wlewków owinięte bawełną izolacyjną nie jest czyszczone na czas, chłodzenie wlewków nie jest równomierne, a materiał jest bardziej wrażliwy na temperaturę podczas ogrzewania i kucia, w wlewek owinięty izolacyjną bawełnianą krawędzią pęka.
1.7, pękanie powierzchni przez korpus
Jakość metalurgiczna wlewka jest niska, wady powierzchniowe nie są dokładnie usuwane lub proces nagrzewania jest nieuzasadniony i prowadzi do pęknięć na powierzchni kęsa w procesie kucia. Ogólny obszar jest stosunkowo duży, poważna szkoda. Rysunek 6 przedstawiający obróbkę materiału przychodzącego TC4-LC wlewek ze stopu tytanu, pierwsze długie ciągnienie w ogniu, w pobliżu pozycji czołowej strony poważnego pęknięcia (ramka na rysunku), po przeanalizowaniu numeru pieca jakość wytapiania wlewków jest słaba, powierzchnia wlewka segreguje na zimno i podskórne otwory powietrzne nie są oczyszczane. Firma odlewa wlewki materiału testowego ze stopu tytanu, pierwsze kucie ogniowe przez korpus, pękanie poważne, po analizie punktu zmiany fazy materiału testowego 1020 stopni, podczas gdy temperatura otwarcia wynosi tylko 1050 stopni, temperatura ogrzewania jest niska, plastyczność organizacji stanu odlewu jest słaba, powodując poważne pękanie, a następnie podgrzany do 1150 stopni, ponownie otwórz kęs, pękanie jest znacznie zmniejszone.
2, Kucie właściwości pękania stopu tytanu
2.1 Poważna krzywda
Pękanie stopu tytanu stanowi poważne zagrożenie, nie tylko zwiększające intensywność pracy pracowników szlifujących, zmniejszające wydajność produkcji, ale także zmniejszające wydajność produktu. Częścią poważnych pęknięć spowodowanych głębszym szlifowaniem jest konieczność wydłużenia czasu przycinania przy użyciu ognia, zwiększenie kosztów produkcji, w przypadku produkcji seryjnej produktów z powodu naruszenia specyfikacji procesu utwardzania, które łatwo powoduje wahania jakości produktu. Poważniejsze pęknięcia kuźnicze mogą prowadzić do starzenia się produktu ze względu na niemożność spełnienia wymagań dotyczących rozmiaru lub wagi dostarczanego produktu.
2.2, wrodzone
W przypadku Ti3Al, Ti2AlNb, IMI 834, a także niektórych nowych komponentów z trudnych do odkształcenia wysokotemperaturowych stopów tytanu, ze względu na ich własne czynniki strukturalne i organizacyjne, zdolność do odkształcenia jest słaba, sama w sobie bardziej podatna na pękanie. Jakość metalurgiczna niektórych wlewków ze stopów tytanu jest słaba, występują segregacje, wtrącenia, porowatość podskórna lub segregacja na zimno i inne defekty metalurgiczne, w późniejszym procesie kucia są podatne na pękanie wieloogniowe i trudniejsze do wyeliminowania.
2.3 Trudne do naprawy i szlifowania
Pękanie stopu tytanu z trudnymi właściwościami szlifierskimi: ① pęknięcia, należy oczyścić, należy kontrolować stosunek szerokości szlifowania do głębokości większy lub równy 10, szlifowanie większej ilości; ② część słabej plastyczności stopu tytanu, ze względu na szlifowanie lokalnego wzrostu temperatury kęsów, istnienie gradientu temperatury, chłodzenie ze względu na rolę naprężeń, pęknięcia będą nadal się rozszerzać, tj. podczas szlifowania pęknięć; ③ niektóre małe rozmiary prętów lub odkuwek ze stopu tytanu, ze względu na wagę małych rozmiarów, szlifowanie nie jest łatwe do naprawienia; ④ Pęknięcia na końcach niektórych dłuższych prętów i odkuwek, które wymagają polerowania w pionie, są trudne w obsłudze i stwarzają zagrożenie dla bezpieczeństwa; ⑤ Niektóre kształtki mają nieregularne kształty i rozmiary i nie ma od czego rozpoczynać szlifowania wewnętrznych pęknięć.
2.4 Trudna kontrola
Pękanie stopu tytanu ma trudne właściwości kontrolne: ① pęknięcia wymagają 100% kontroli, obciążenie pracą inspekcyjną; ② pęknięcia stają się mniejsze, łatwo je zakryć pyłem szlifierskim, inspektor nie jest w stanie określić gołym okiem, czy należy je dokładnie usunąć; ③ jakiś nieregularny kształt, pęknięcia są trudniejsze do sprawdzenia; ④ pęknięcia pojawiają się wewnątrz kęsa lub pod skórą, niewidoczne gołym okiem, zwykle kontrola gotowego produktu lub niska kontrola, aby dowiedzieć się, kiedy jest już za późno; ⑤ łatwe do złamania wewnętrzne pęknięcia ze względu na nieregularny kształt i rozmiar, pęknięć nie można znaleźć; ⑤ łatwe do złamania wewnętrzne pęknięcia ze względu na nieregularny kształt i rozmiar, pęknięć nie można znaleźć; ⑤ łatwe do złamania wewnętrzne pęknięcia ze względu na nieregularny kształt i rozmiar, pęknięć nie można znaleźć. ⑤ łatwe do pękania lub formowania przed testem penetracji barwienia kęsów, co zwiększa trudność pracy inspektora.
3, Zapobieganie pęknięciom i rozwiązanie kucia stopu tytanu
Zgodnie z powyższymi siedmioma rodzajami pęknięć stopu tytanu, przyczynami i cechami oraz w połączeniu z przykładami pęknięć, opracowanie ukierunkowanych środków zapobiegawczych. Jednocześnie należy skoncentrować się na poprawie poziomu działania personelu i milczącego zrozumienia, aby zapewnić, że kluczowy sprzęt będzie w idealnym stanie technicznym, opracować i rygorystycznie wdrożyć odpowiednie szlifowanie, specyfikacje inspekcji, kontrolować kluczowe punkty i ważne bliższe dane.

3.2 Zapobieganie fałdowaniu i pękaniu
Najpierw kontroluj stosunek wysokości do średnicy kęsów surowca w postaci wlewka ze stopu tytanu lub stosunek wysokości do średnicy kęsa w procesie pośrednim mniejszy lub równy 2,5, bardziej odpowiedni zakres stosunku wysokości do średnicy 1,8 ~ 2,3; Po drugie, środkowa część rowka do pobierania próbek pozostałości wlewka i składane kęsy pękające części maszyny lub obróbka szlifowania, należy upewnić się, że są zaokrąglone i gładkie w stosunku szerokości do głębokości większym niż lub równym 10; Po trzecie, należy upewnić się, że cięcie, obróbka i inne procesy pomocnicze generowane przez ostre narożniki nierówności i kraterów (takie jak obróbka otworów pozycjonujących itp.) są zgodne z wymogami kontroli wewnętrznej dotyczącymi szlifowania, podobnymi do stopni kęsów jak pokazano na rysunku 7, otwory pozycjonujące itp. należy wypolerować do czysta przed dalszym kuciem.
3.3 Zapobieganie rozdarciom
Po pierwsze, maszyna do szybkiego kucia, kująca jednoprzebiegowo, jednostronnie, pod kontrolą ciśnienia w zakresie 20 ~ 30 mm, prędkość pod ciśnieniem nie powinna być zbyt duża (właściwie do 5 ~ 10 mm/s); Po drugie, aby zapewnić krzywiznę krawędzi kowadła młotka większą lub równą R40 mm, odkształcenie następuje w odpowiednim czasie, aby utrzymać obróbkę i zapewnić wstępne podgrzanie kowadła do temperatury 300 ~ 400 stopni C; Po trzecie, w przypadku stopni pręta wału lub odkuwki stopniowej, kucia stopniowego przy odkuwce, należy zastosować lekki nacisk wybijaki, następnie młotek należy dociskać powoli, a odkształcenie pojedynczego młotka należy ściśle kontrolować w promieniu 30 mm , a gdy nastąpi rozdarcie, młotek należy naprawić lub zatrzymać odkuwkę na czas szlifowania.
3.4, Zapobieganie pęknięciom wewnętrznym
Po pierwsze, w przypadku materiałów stopowych tytanu zawierających pierwiastki metali ogniotrwałych, takich jak wolfram, molibden i niob, należy zacząć od źródła, wzmocnić badania nad procesem topienia wlewków, ulepszyć poziom technologii topienia, zmniejszyć lub wyeliminować segregację, wtrącenia, luźne lub zimne segregacja i inne wady metalurgiczne; po drugie, w przypadku kęsów ze stopu tytanu o małych rozmiarach proces ciągnienia musi odbywać się w odpowiednim czasie i należy unikać zaciskania kęsów na końcu głowicy odkuwki, a warunki pozwolenia powinny zostać niezwłocznie zwrócone do pieca w celu kucia.
3.5 Zapobieganie pękaniu wzdłużnemu
Po pierwsze, proces ciągnienia kęsów ze stopu tytanu w odpowiednim czasie fazowania, zapobiega powstawaniu ostrych krawędzi, czarnych krawędzi; Po drugie, w przypadku niektórych wrażliwych na temperaturę, wysokotemperaturowych stopów tytanu odkuwanych po chłodzeniu powietrzem lub pokryciu bawełnianym chłodzeniem izolacyjnym, należy starać się nie stosować metod chłodzonych powietrzem, chłodzonych wodą, chłodzonych olejem ani innych metod szybkiego chłodzenia.
3.6 Zapobieganie kruchym pęknięciom
W przypadku trudnych odkształceń wysokotemperaturowych materiałów ze stopów tytanu należy stosować „pakietowe kucie bawełny”: czyli kęs nagrzany do określonego czasu przetrzymywania, kęs jest usuwany, owinięty warstwą bawełny termoizolacyjnej (grubość około 10mm , równomiernie posypany warstwą środka zabezpieczającego szkło), powrót do pieca w celu dalszego nagrzewania (czas zależny od wielkości kęsa i opakowania bawełny szybko i wolno), z odkuwki, proces terminowego zwiększania temperatury pokrywy izolacja bawełna, zminimalizować temperaturę kęsa, aby zminimalizować temperaturę kęsa. Bawełna, minimalizuj utratę temperatury kęsa, aby zapewnić, że zawsze w procesie kucia temperatura będzie wyższa od końcowej temperatury kucia, praktyka pokazuje, że operacja może znacznie zmniejszyć pękanie. Ponadto tego rodzaju ogrzewanie stopu tytanu należy zastosować w piecu niskotemperaturowym o temperaturze 200 ~ 300 stopni, ogrzewaniu wielostopniowym, powolnym ogrzewaniu (50 ~ 100 stopni / h), aby zapewnić równomierne ogrzewanie kęsa, zmniejszyć gradient temperatury w różnych częściach. Wreszcie, w procesie kucia zabrania się upuszczania materiału, unikając gwałtownego zderzenia z przedmiotem obrabianym; proces chłodzenia jest powolny i równomierny; szlifowanie pęknięć zostało zakończone w celu przeprowadzenia testu penetracji koloru itp.
3.7, zapobieganie pękaniu powierzchni
Po pierwsze, pękanie powierzchni spowodowane złą jakością metalurgiczną wlewków, powinno wzmocnić badania procesu topienia, poprawić poziom topienia, kucie przed koniecznością całkowitego usunięcia segregacji na zimno wlewka, porowatości podskórnej i innych wad metalurgicznych. Po drugie, formułując proces nagrzewania i kucia, powinniśmy dogłębnie podsumować lekcję, że niska temperatura nagrzewania badanego materiału prowadzi do poważnych pęknięć i kompleksowo rozważyć różne czynniki, aby zapewnić optymalny proces.
4, Wniosek
(1) Pękanie odkuwcze stopu tytanu obejmuje pękanie końcowe, pękanie fałdowe, rozdzieranie, pękanie wewnętrzne, pękanie wzdłużne, pękanie kruche itp., o różnych postaciach i możliwych do kontrolowania przyczynach; i charakteryzuje się poważnymi zagrożeniami, wrodzonymi, dziedzicznymi, trudnymi do naprawy i szlifowania oraz trudnymi do sprawdzenia.
(2) Aby ograniczyć i uniknąć pęknięć podczas kucia stopu tytanu, należy skupić się przede wszystkim na zapobieganiu oraz opracować rozsądne i wykonalne środki zapobiegawcze. Jednocześnie powinien zapewniać kontrolę nad ważnymi procesami, takimi jak kucie, szlifowanie i kontrola, a kluczowe punkty kontroli środków są ściśle wdrażane.