Comment prévenir les 7 principaux types et causes de fissuration des alliages de titane forgés ?

Les alliages de titane à faible densité, haute résistance, résistance à haute température, résistance à la corrosion, non magnétique et biocompatibilité et autres excellentes performances globales, dans l'aérospatiale contemporaine, les équipements d'armes, les produits chimiques et pétroliers, le médical, l'énergie nucléaire et d'autres domaines d'application deviennent de plus en plus et plus largement utilisés, dont la plupart sont utilisés dans la déformation des alliages de titane tels que les barres, les pièces forgées et les profilés laminés. La déformation du forgeage consiste à garantir que le matériau en alliage de titane obtienne l'organisation et les propriétés idéales des moyens importants, mais dans le forgeage de l'alliage de titane, en particulier dans le processus de production de lingots en barres, il existe souvent diverses formes de fissuration, non seulement pour augmenter la coût de production et de fabrication, mais aussi pour réduire l'efficacité de la production et le taux de matière, et lorsque la gravité de la rebut du produit. Compte tenu de cela, cet article analyse et résume le phénomène de fissuration qui se produit au cours du processus de forgeage des alliages de titane au fil des années, et propose des mesures pour prévenir et résoudre la fissuration, afin de garantir l'efficacité de la production et la qualité du produit en titane. forgeage d'alliages.
1, classification et causes des fissures forgées en alliage de titane
1.1 Fissuration de la face d'extrémité
La fissuration de la face d'extrémité est une sorte de fissuration qui se produit sur la face d'extrémité de la billette lors du processus de forgeage de l'alliage de titane, et les fissures sont généralement plus grandes et plus courantes. La fissuration de la face d'extrémité a un impact plus important, conduisant généralement à ce que le forgeage ne puisse pas continuer selon le processus. Les principales raisons de la fissuration de la face d'extrémité : ① les trous de retrait de la tête du lingot ou l'extrémité de la ségrégation à froid ne sont pas complètement propres ; ② processus de bouleversement, la face d'extrémité de la billette et la chaleur de contact de l'enclume sont absorbées, tirant le long processus, le renflement de la face d'extrémité de la billette refroidit rapidement ; ③ position de la face d'extrémité dans différentes directions de l'extrusion, la déformation n'est pas uniforme ou la vitesse de déformation de longue durée est trop rapide ; ④ une partie de la résistance à la déformation des billettes est grande, une mauvaise mobilité, l'extrémité du cœur du contre-batteur.
1.2, fissure pliante
La fissuration par pliage concerne principalement trois types de cas : premièrement, le rapport hauteur/diamètre du lingot en alliage de titane de matière première supérieur ou égal à 2,5 ou l'échantillonnage du lingot au milieu du lingot, la rainure d'échantillonnage résiduelle, le bouleversement et le pliage ; Deuxièmement, le processus de forgeage de la billette dans la partie médiane de la fissure, broyant dans une fosse profonde, bouleversé et replié à nouveau ; Troisièmement, les autres processus auxiliaires générés par les angles vifs des bosses et des cratères ne sont pas conformes aux dispositions relatives aux blessures par décharge de meulage. La figure 1 (a) montre le pliage d'une billette en alliage de titane TB6 dans la partie médiane en raison d'une fosse profonde après broyage. Figure 1 (b) pour une inclinaison de sciage de billette en alliage de titane TC4-LC lors du fendage, tournez à 180 degrés pour continuer le sciage, la surface de sciage au milieu des arêtes vives résiduelles n'est pas polie, puis tirez sur la longueur du des plissements plus graves se sont produits.
1.3 Déchirure
La déchirure est une sorte de fissuration transversale de la billette en alliage de titane, déchirure localisée de la billette lors de l'étirage et de la déformation. La déchirure de forgeage augmentera la quantité de meulage, réduira le matériau dans le taux de matériau, tandis qu'une déchirure plus profonde dans le processus de formage peut conduire à ce que l'ébauche ne puisse pas répondre aux exigences de taille d'usinage du produit et aux déchets. La principale raison du déchirement est qu'un seul passage sous le montant est trop grand (un seul côté supérieur à 50 mm) ou sous le taux est trop rapide, Figure 2 (a) pour le déchirement d'une dalle en alliage de titane TB6. Deuxièmement, la déformation de l'enclume du marteau due à une utilisation prolongée de la courbure de son bord n'est pas assez douce, ou la température de préchauffage de l'enclume du marteau n'est pas suffisante, la déformation régulière sous la pression entraînera également une déchirure des billettes. De plus, certaines barres d'arbre à marche ou forgeage avec marche, en raison de la grande différence de taille locale de la mauvaise plate-forme, tirer une pièce forgée longue est plus susceptible de se déchirer, Figure 2 (b) pour un titane TC 4- DT étape de forgeage de l'alliage à la déchirure.

1.4, fissure interne
La fissuration interne fait généralement référence à une fissuration continue ou intermittente en un seul point dans la billette en alliage de titane lors du processus de forgeage, qui est généralement difficile à trouver et doit être détectée par une faible inspection ou une détection de défauts par ultrasons. Ce type de fissure détruit la continuité du métal et ne peut être que mis au rebut. Les raisons de la fissuration interne peuvent être résumées en deux catégories : premièrement, certains matériaux en alliage de titane contiennent du tungstène, du molybdène et du niobium et d'autres éléments métalliques réfractaires, l'existence locale d'une ségrégation plus grave, d'inclusions ou d'une ségrégation lâche et froide et d'autres défauts métallurgiques dans le processus de forgeage et de déformation en source de fissures ; Deuxièmement, pour certaines petites spécifications (quasi 90 mm ou Ф90 mm ou moins), les matériaux en alliage de titane, étirant un long processus de refroidissement rapide, le bord inversé de la température est faible ou doivent être forgés, gradient de température local de la billette, facile à produire fissures internes. Figure 3 pour une détection de défauts de barre finie quasi-Ф85mm en alliage de titane TA15 trouvés près du cœur de la position de la morphologie de fracture interne, après analyse du deuxième cas.

1.6. Fissuration fragile
Certains matériaux en alliage de titane à haute température, difficiles à déformer, ont eux-mêmes une mauvaise plasticité, un contrôle de processus inapproprié, des fissures fragiles et graves, des fissures profondes et difficiles à éliminer. En dessous des exigences du processus de forgeage à température finale de forgeage, la billette soumise à une pression plus élevée est sujette à des fissures fragiles. Il existe certains matériaux en alliage de titane à haute température qui ne prennent pas un four à basse température de 200 à 300 degrés ou un processus de chauffage segmenté qui est déraisonnable, la température est trop rapide, en raison de la mauvaise conductivité thermique des alliages de titane, ce qui entraîne le processus de chauffage du L'extrémité et le milieu de la billette, la surface et le cœur de l'existence d'un grand gradient de température, hors du forgeage, de graves fissures se produisent. La figure 5 (a) montre une fissuration du matériau d'essai en alliage de titane à haute température, presque divisée en deux sections, après analyse du processus de chauffage et le processus de chauffage est trop rapide. La figure 5 (b) montre un processus de forgeage d'un lingot de Ti3Al se produisant lors d'une fissuration fragile, analysé à la suite d'une opération de refroidissement inappropriée. En raison d'une défaillance de l'équipement, l'arrêt du forgeage refroidi à l'air, les pièces de lingot de serrage de la machine enveloppées dans du coton isolant ne sont pas nettoyées à temps, le refroidissement du lingot n'est pas uniforme et le matériau est plus sensible à la température, lors du chauffage et du forgeage, dans le lingot enveloppé dans une bordure en coton isolant se fissure.
1.7, Surface fissurée à travers le corps
La qualité métallurgique des lingots est médiocre, les défauts de surface ne sont pas complètement éliminés ou le processus de chauffage est déraisonnable, entraînant des fissures à la surface de la billette lors du processus de forgeage. La zone générale est relativement vaste et constitue un préjudice grave. Figure 6 pour le traitement du matériau entrant TC4-LC lingot d'alliage de titane premier étirage long, près de la position de la tête du côté de la fissuration sérieuse (encadré sur la figure), après analyse du numéro de four de la qualité de fusion du lingot est mauvaise, la ségrégation à froid de la surface du lingot et les trous d'air sous-cutanés ne sont pas nettoyés. Société un lingot de matériau d'essai en alliage de titane coulé premier feu forgé à travers le corps fissuré grave, après analyse du point de changement de phase du matériau d'essai 1020 degrés, tandis que la température d'ouverture est seulement 1050 degrés, la température de chauffage est faible, la plasticité de l'organisation de l'état de coulée est mauvaise, ce qui entraîne de graves fissures, puis réchauffé jusqu'à 1150 degrés pour rouvrir la billette, la fissuration est considérablement réduite.
2, forgeant les caractéristiques de fissuration de l'alliage de titane
2.1 Préjudice grave
La fissuration de l'alliage de titane constitue un risque sérieux, non seulement pour augmenter l'intensité du travail des travailleurs lors du broyage, réduire l'efficacité de la production, mais également réduire le rendement du produit. Une partie des fissures graves dues à un broyage plus profond, nécessite d'augmenter les temps de cuisson, augmente les coûts de fabrication, pour la production par lots de produits en raison de la violation des spécifications du processus de durcissement, il est facile de provoquer des fluctuations de la qualité du produit. Des fissures de forgeage plus graves peuvent conduire à l'obsolescence du produit en raison de l'incapacité de répondre aux exigences de taille ou de poids de livraison du produit.
2.2, congénital
Pour Ti3Al, Ti2AlNb, IMI 834, ainsi que certains nouveaux composants d'alliages de titane à haute température difficiles à déformer, en raison de leurs propres facteurs structurels et organisationnels, la capacité de déformation est faible, elle-même plus sujette à la fissuration. La qualité métallurgique de certains lingots d'alliage de titane est médiocre, il existe une ségrégation, des inclusions, une porosité sous-cutanée ou une ségrégation à froid et d'autres défauts métallurgiques, dans le processus de forgeage ultérieur est sujet à des fissures multi-incendies et plus difficile à éliminer.
2.3 Difficile à réparer et à meuler
Fissuration de l'alliage de titane avec des caractéristiques de meulage difficiles : ① les fissures doivent être nettoyées, il faut contrôler le rapport largeur/profondeur de meulage supérieur ou égal à 10, en broyant une plus grande quantité ; ② une partie de la mauvaise plasticité de l'alliage de titane, en raison de l'augmentation locale de la température du meulage de la billette, de l'existence d'un gradient de température, du refroidissement dû au rôle de la contrainte, les fissures continueront à s'étendre, c'est-à-dire pendant le meulage des fissures ; ③ Certaines des petites tailles de tiges ou de pièces forgées en alliage de titane, en raison du poids de la petite taille, le meulage n'est pas facile à réparer ; ④ Les fissures à l'extrémité de certaines barres et pièces forgées plus longues, qui doivent être polies verticalement, sont difficiles à utiliser et présentent un risque pour la sécurité ; ⑤ Certaines pièces façonnées ont des formes et des tailles irrégulières, et il n'y a pas de point de départ pour le meulage des fissures internes.
2.4 Contrôle difficile
La fissuration de l'alliage de titane présente des caractéristiques d'inspection difficiles : ① les fissures nécessitent une inspection à 100 %, une charge de travail d'inspection ; ② les fissures deviennent plus petites, faciles à couvrir par la poussière de meulage, l'inspecteur ne peut pas déterminer à l'œil nu s'il doit être soigneusement retiré ; ③ une certaine forme irrégulière, les fissures sont plus difficiles à inspecter ; ④ des fissures se produisent à l'intérieur de la billette ou sous la peau, non visibles à l'œil nu, généralement une inspection du produit fini ou une faible inspection pour savoir quand il est trop tard ; ⑤ facile à fissurer les fissures internes en raison de la forme et de la taille irrégulières, les fissures ne peuvent pas être trouvées ; ⑤ facile à fissurer les fissures internes en raison de la forme et de la taille irrégulières, les fissures ne peuvent pas être trouvées ; ⑤ facile à fissurer les fissures internes en raison de la forme et de la taille irrégulières, les fissures ne peuvent pas être trouvées. ⑤ facile à fissurer ou à former avant le test de pénétration de coloration des billettes, augmentant ainsi la difficulté du travail de l'inspecteur.
3, prévention et solution des fissures forgées en alliage de titane
Selon les sept types ci-dessus de formes, de causes et de caractéristiques de fissuration des alliages de titane, et combinés à des exemples de fissuration, le développement de mesures préventives ciblées. Dans le même temps, il est nécessaire de se concentrer sur l'amélioration du niveau de fonctionnement du personnel et de la compréhension tacite, pour garantir que les équipements clés sont en parfait état de fonctionnement, le développement et la mise en œuvre stricte de spécifications de meulage appropriées, d'inspection, le contrôle des points clés et importants. détails.

3.2 Prévention du pliage et des fissures
Tout d'abord, contrôlez le rapport hauteur/diamètre de la matière première du lingot d'alliage de titane ou de la billette de processus intermédiaire inférieur ou égal à 2,5, la plage de rapport hauteur/diamètre la plus appropriée de 1,8 à 2,3 ; Deuxièmement, la partie centrale de la rainure d'échantillonnage résiduelle du lingot et les pièces de fissuration pliantes des billettes de la machine ou du traitement de ponçage, assurez-vous d'arrondir et de lisser le rapport largeur/profondeur supérieur ou égal à 10 est approprié ; Troisièmement, assurez-vous que le sciage, l'usinage et autres processus auxiliaires générés par les angles vifs des bosses et des cratères (tels que l'usinage des trous de positionnement, etc.) sont conformes aux exigences de contrôle interne pour le meulage, similaires aux étapes des billettes. Comme le montre la figure 7, les trous de positionnement, etc. doivent être polis avant de continuer le forgeage.
3.3 Prévention des déchirures
Tout d'abord, la machine de forgeage rapide forge un seul passage unilatéral sous contrôle de pression plage de 20 ~ 30 mm, le taux de pression ne doit pas être trop rapide (à 5 ~ 10 mm/s approprié) ; Deuxièmement, pour garantir que le bord de la courbure de l'enclume du marteau est supérieure ou égale à R40 mm, une déformation se produit en temps opportun pour maintenir le traitement et garantir que l'enclume est préchauffée à l'avance à 300 ~ 400 degrés C ; Troisièmement, pour les étapes de la barre d'arbre ou du forgeage par étapes, le forgeage par étapes au forgeage, assurez-vous d'utiliser une légère pression sur le bâton de frappe, puis le marteau doit être enfoncé lentement et la déformation d'un seul marteau doit être strictement contrôlée dans les 30 mm. , et en cas de déchirure, le marteau doit être réparé ou le forgeage doit être arrêté à temps pour le meulage.
3.4, Prévention des fissures internes
Premièrement, pour les matériaux en alliage de titane contenant des éléments métalliques réfractaires tels que le tungstène, le molybdène et le niobium, nous devrions commencer à la source, renforcer la recherche sur le processus de fusion des lingots, améliorer le niveau de technologie de fusion, réduire ou éliminer la ségrégation, les inclusions, les éléments lâches ou à froid. ségrégation et autres défauts métallurgiques ; deuxièmement, pour les billettes en alliage de titane de petite taille, le processus d'étirage doit être chanfreiné en temps opportun et essayer d'éviter le serrage de la billette par l'extrémité de la tête de forgeage, les conditions le permettant doivent être rapidement renvoyées au four pour être forgées.
3.5 Prévention des fissures longitudinales
Premièrement, le processus d'étirage des billettes en alliage de titane, chanfreiné en temps opportun, interdit l'apparition d'arêtes vives et d'arêtes noires ; Deuxièmement, certains des alliages de titane à haute température sensibles à la température forgés après refroidissement par air ou refroidissement du coton isolant de la couverture, essayez de ne pas utiliser les méthodes de refroidissement rapide par air, par eau, par huile et autres.
3.6 Prévention des fissures fragiles
Pour une déformation difficile des matériaux en alliage de titane à haute température, il convient d'utiliser un « forgeage en coton » : c'est-à-dire que la billette est chauffée jusqu'au temps de maintien spécifié, la billette est retirée et enveloppée dans une couche de coton d'isolation thermique (épaisseur d'environ 10 mm). , uniformément saupoudré d'une couche d'agent protecteur de verre), retourner au four pour continuer à chauffer (temps en fonction de la taille de la billette et du paquet de coton rapide et lent), hors du forgeage, le processus d'augmentation en temps opportun de la couverture thermique coton isolant, minimise la température de la billette, pour minimiser la température de la billette. Coton, minimise la perte de température des billettes, pour garantir que toujours dans le processus de forgeage une température supérieure à la température de forgeage finale, la pratique montre que l'opération peut réduire considérablement la fissuration. De plus, ce type de chauffage en alliage de titane doit être utilisé dans un four à basse température de 200 à 300 degrés, un chauffage à plusieurs étages, un chauffage lent (50 à 100 degrés/h), pour garantir que la billette est chauffée uniformément, réduire le gradient de température. dans différentes parties. Enfin, il est interdit de laisser tomber du matériau lors du processus de forgeage, évitant ainsi une collision violente avec la pièce ; le processus de refroidissement est lent et uniforme ; le meulage des fissures est terminé pour le test de pénétration de la couleur, etc.
3.7, prévention des fissures de surface
Premièrement, la fissuration superficielle causée par la mauvaise qualité métallurgique des lingots devrait renforcer la recherche sur le processus de fusion, améliorer le niveau de fusion, forger avant qu'il soit nécessaire d'éliminer complètement la ségrégation à froid du lingot, la porosité sous-cutanée et d'autres défauts métallurgiques. Deuxièmement, lors de la formulation du processus de chauffage et de forgeage, nous devons résumer en profondeur la leçon selon laquelle la basse température de chauffage d'un matériau d'essai entraîne de graves fissures, et prendre en compte de manière exhaustive divers facteurs pour garantir que le processus est optimal.
4,Conclusion
(1) La fissuration de forgeage d'alliage de titane comprend la fissuration d'extrémité, la fissuration de pliage, la déchirure, la fissuration interne, la fissuration longitudinale, la fissuration fragile, etc., avec diverses formes et causes contrôlables ; et il se caractérise par de graves dangers, congénitaux, héréditaires, difficiles à réparer et à broyer, et difficiles à inspecter.
(2) Pour réduire et éviter la fissuration des alliages de titane forgés, la prévention doit être la priorité principale et des mesures préventives raisonnables et réalisables doivent être développées. Dans le même temps, il convient de garantir que les processus importants tels que le forgeage, le meulage et l'inspection sont sous contrôle et que les points de contrôle clés des mesures sont strictement mis en œuvre.