กระบวนการตีไทเทเนียมเกี่ยวข้องกับอะไร? ขั้นตอน อุณหภูมิ และอุปกรณ์

หน้าแปลนฟอร์จโลหะผสมไททาเนียม (TC4) สำหรับระบบขับเคลื่อนทางทะเลวางลงบนแท่นตรวจสอบโดยมีข้อกำหนดการปลอมแปลงที่อนุญาตให้อุณหภูมิของบิลเล็ตเบี่ยงเบนเพียง 15°C ในระหว่างแช่นานสองชั่วโมง ความอดทนแบบนั้นไม่ได้มีความพิเศษในการตีไทเทเนียม เป็นวินัยในการปฏิบัติงานตามปกติ เนื่องจากโครงสร้างจุลภาคขั้นสุดท้ายของไทเทเนียม คุณสมบัติทางกล และราคาส่วนใหญ่จะถูกกำหนดในการหลอม ผู้ซื้อหรือวิศวกรที่ระบุการตีไทเทเนียมควรเข้าใจว่ากระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับอะไร

กระบวนการตีไทเทเนียมเกี่ยวข้องกับอะไร

กระบวนการตีไทเทเนียมเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนแท่งไทเทเนียมหรือแท่งโลหะจนถึงอุณหภูมิที่แม่นยำ โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 850°C ถึง 1,050°C ขึ้นอยู่กับโลหะผสม จากนั้นจึงเปลี่ยนรูปเป็นพลาสติกภายใต้อัตราความเครียดที่ควบคุมโดยใช้เครื่องอัดไฮดรอลิกหรือค้อน ตามด้วยการควบคุมความเย็น การอบชุบด้วยความร้อน และการตัดเฉือน

โลหะผสมไททาเนียมต่างจากเหล็กตรงที่มีหน้าต่างอุณหภูมิที่แคบซึ่งเปลี่ยนรูปได้ หากชิ้นงานเกิน β-transus อาจมีเม็ด β หยาบเกิดขึ้นและไม่สามารถทำให้บริสุทธิ์ได้ด้วยการให้ความร้อนในภายหลัง หากอากาศเย็นเกินไป ความเค้นในการไหลจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและอาจเกิดการแตกร้าวได้ นี่คือเหตุผลว่าทำไมการตีไทเทเนียมจึงต้องมีการควบคุมเตาเผาแบบวงปิด ไพโรเมทรีแบบดิจิทัล และแท่นอัดที่สามารถควบคุมความเร็วของ ram ได้อย่างแม่นยำ

หน้าต่างอุณหภูมิวิกฤติสำหรับการตีไทเทเนียม

การตีไทเทเนียมถือเป็นงานควบคุมความร้อนเป็นอันดับแรกและสำคัญที่สุด อุณหภูมิในการประมวลผลที่ถูกต้องจะแตกต่างกันไปตามประเภทของโลหะผสม แต่โลหะผสมไททาเนียมทุกตัวมีขอบเขตแข็งหนึ่งขอบเขต: β-transus

สำหรับอัลลอยด์ α-β เช่น Ti-6Al-4V การตีขึ้นรูป α-β จะดำเนินการที่อุณหภูมิ 30–80°C ต่ำกว่า β-transus โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 900–980°C สิ่งนี้ทำให้เกิดโครงสร้างจุลภาคแบบสองโมดัลที่มีการยืดตัวและต้านทานความเมื่อยล้าได้ดี การตีขึ้นรูป β ที่อยู่เหนือทรานส์ซัส ให้ความต้านทานการคืบที่สูงขึ้นแต่มีความเหนียวของแรงดึงต่ำกว่า และได้รับเลือกสำหรับชิ้นส่วนที่หมุนได้เฉพาะในเครื่องยนต์ไอพ่นหรือกังหันกำลังเท่านั้น

เครื่องทำความร้อนจะต้องสม่ำเสมอ ค่าการนำความร้อนของไทเทเนียมมีค่าประมาณหนึ่งในสามของเหล็ก ซึ่งหมายความว่าส่วนที่หนาสามารถแสดงการไล่ระดับอุณหภูมิที่รุนแรงได้ โดยปกติเวลาในการแช่จะตั้งไว้ที่ 1 นาทีต่อพื้นที่หน้าตัด 25 มม. ตามด้วยการตรวจสอบเทอร์โมคัปเปิลในการตีขึ้นรูปในการผลิต

กระบวนการตีไทเทเนียมทีละขั้นตอน

วงจรการตีไทเทเนียมแบบ open-die หรือ ring-rolling โดยทั่วไปมี 6 เฟสที่สามารถทำซ้ำได้ ซึ่งแต่ละเฟสมีความเสี่ยงที่จะเกิดความล้มเหลวในตัวเอง

1. การเลือกใช้วัสดุและการปรับสภาพ: บิลเล็ตเป็นแท่งหรือแท่งเกรดการบินและอวกาศ ข้อบกพร่องที่พื้นผิวจะต้องกราวด์ออกให้หมด เนื่องจากรอยแตกที่เหลือจะเปิดออกระหว่างการตีขึ้นรูป
2. การอุ่นเครื่อง: ไทเทเนียมจะถูกโหลดเข้าไปในเตาเผาซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิการตีเป้าหมาย 50–100°C โดยจะจัดขึ้นที่นั่นเพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลัน จากนั้นจึงเพิ่มอุณหภูมิจนถึงอุณหภูมิในการทำงานโดยปล่อยให้แช่ไว้
3. การเสียรูปครั้งแรก (ทำให้เสียโฉมหรือขัดขวาง): การกดจะใช้การบีบอัดที่ช้าและต่อเนื่อง เป้าหมายคือการทำลายโครงสร้างการหล่อและเริ่มการตกผลึกใหม่ ไม่ใช่เพื่อให้ได้รูปร่างที่ใกล้เคียงกัน
4. หลายรอบพร้อมการอุ่น: ไทเทเนียมไม่สามารถทนต่อการตีขึ้นรูปกลางแจ้งเป็นเวลานานต่างจากเหล็ก การผ่านแต่ละครั้งใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาที และชิ้นงานจะกลับคืนสู่เตาเผาเมื่ออุณหภูมิพื้นผิวลดลงต่ำกว่าขีดจำกัดล่าง
5. การควบคุมอุณหภูมิแม่พิมพ์และเครื่องมือ: การสัมผัสกับแม่พิมพ์เย็นทำให้เกิดชั้นความเย็นบนพื้นผิวไทเทเนียม ในการตีขึ้นรูปขั้นสูง แม่พิมพ์จะถูกอุ่นไว้ที่ 250–400°C และหล่อลื่นด้วยการเคลือบแบบแก้วเพื่อป้องกันการเกาะติดและการเย็นตัวอย่างรุนแรง
6. การขึ้นรูปและการตัดแต่งขั้นสุดท้าย: การผ่านครั้งสุดท้ายทำให้ชิ้นส่วนเข้าใกล้มิติสุดท้าย หากมีการถอดแฟลชออกในขณะที่โลหะยังอุ่นอยู่ และชิ้นส่วนจะถูกถ่ายโอนโดยตรงไปยังการทำความเย็นแบบควบคุมหรือฟิกซ์เจอร์ที่จำกัดความเครียด

อุปกรณ์และการควบคุมอัตราความเครียด

เครื่องอัด ไม่ใช่ค้อน เป็นอุปกรณ์หลักสำหรับการควบคุมการเคลื่อนที่ของการตีขึ้นรูปแบบเปิดด้วยไทเทเนียม เครื่องกดสามารถจับความเร็วของตัวกระทุ้งที่ช้าและคงที่ได้ ในขณะที่ค้อนส่งแรงกระแทกที่มีอัตราความเครียดสูงซึ่งอาจกระตุ้นให้เกิดแถบแรงเฉือนแบบอะเดียแบติกในไททาเนียม

ที่ Maiterio Intelligent Equipment ไลน์การตีขึ้นรูปแบบเปิดจะใช้เครื่องอัดไฮดรอลิกที่มีความเร็ว ram ต่ำกว่า 10 มม./วินาที สำหรับไทเทเนียม สำหรับชิ้นส่วนไทเทเนียมรูปทรงวงแหวน โรงงานรีดแหวนจะผลิตแหวนรีดไร้ตะเข็บซึ่งมีการไหลของเกรนดีกว่าสต็อกแท่งกลึง ทางเลือกระหว่างการกด ค้อน และลูกกลิ้งวงแหวนส่งผลต่อโครงสร้างจุลภาค การเสียรูปช้าจะส่งเสริม α ทรงกลม ในขณะที่การเสียรูปเร็วอาจเสี่ยงต่อการแตกร้าวที่ขอบเขตเกรน

สายการผลิตการตีขึ้นรูปแบบเปิดของ Maiterio จัดการกับไทเทเนียมและโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงอื่นๆ สำหรับลูกค้าที่มีความต้องการสูง ซึ่งมักจะจับคู่กับการตัดเฉือนหยาบภายในบริษัทเพื่อควบคุมค่าความคลาดเคลื่อน

ชิ้นส่วนตีขึ้นรูปแบบเปิดสำหรับไทเทเนียมและโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง โรงงานแห่งนี้จำหน่ายเพลา เกียร์ จาน และกระบอกสูบแบบแม่พิมพ์เปิดสำหรับอุปกรณ์โลหะวิทยา พลังงาน การทำเหมืองแร่ และการก่อสร้าง โดยมีการตัดเฉือนหยาบภายในบริษัทเพื่อควบคุมค่าความคลาดเคลื่อน ดูผลิตภัณฑ์ →

การตีขึ้นรูปวัสดุพิเศษในอลูมิเนียมและสแตนเลส สำรวจการตีขึ้นรูปตามสั่งที่ทำจากเกรดต่างๆ เช่น อะลูมิเนียม 6061, 7075, 5083 และสเตนเลส 304, 316, 17-4PH เหมาะสำหรับงานโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงตามต้องการ ดูผลิตภัณฑ์ →

การรักษาความร้อนและการตัดเฉือนหลังการตีขึ้นรูป

หลังจากการตีขึ้นรูป ชิ้นส่วนไทเทเนียมจะไม่ดับเหมือนเหล็ก พวกมันจะถูกทำให้เย็นลงในอากาศนิ่ง จากนั้นจึงผ่านวงจรการบำบัดความร้อนจำเพาะโดยพิจารณาจากโลหะผสมและระดับความแข็งแรงที่ต้องการ

สำหรับ Ti-6Al-4V การหลอมจะดำเนินการที่อุณหภูมิ 700–850°C ตามด้วยการระบายความร้อนด้วยอากาศ การบำบัดสารละลายและการบ่มที่อุณหภูมิ 900–960°C จากนั้น 480–600°C จะให้ความแข็งแกร่งที่สูงกว่าโดยที่ความเหนียวของการแตกหักลดลงบ้าง เนื่องจากไททาเนียมทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 650°C การรักษาความร้อนใดๆ จึงต้องดำเนินการในบรรยากาศที่มีการควบคุมหรือด้วยการเคลือบป้องกัน พื้นผิวที่ไม่มีตะกรันช่วยรักษาความแข็งแรงเมื่อยล้าของวัสดุ

การกลึงขึ้นรูปไทเทเนียมก็แตกต่างจากเหล็กกล้าเช่นกัน ค่าการนำความร้อนต่ำของโลหะจะรวมความร้อนไว้ที่คมตัด ส่งผลให้เครื่องมือสึกหรออย่างรวดเร็ว เครื่องมือคาร์ไบด์ที่มีน้ำหล่อเย็นแรงดันสูงและความเร็วสปินเดิลต่ำเป็นมาตรฐาน เครื่องกลึง CNC แนวตั้งและเครื่องกลึงแนวนอนของ Maiterio ถูกนำมาใช้เป็นประจำเพื่อเก็บผิวละเอียดแหวนและเพลาไทเทเนียมให้มีความหยาบผิว Ra 0.8 µm หรือดีกว่า

การควบคุมคุณภาพสำหรับการตีขึ้นรูปไทเทเนียม

การยอมรับขั้นสุดท้ายของการตีขึ้นรูปไทเทเนียมนั้นขึ้นอยู่กับการควบคุมอิสระสามประการ: โครงสร้างจุลภาค ความเสียงล้ำเสียง และคุณสมบัติทางกล

การประเมินโครงสร้างจุลภาคใช้ส่วนโลหะวิทยาที่สลักด้วยรีเอเจนต์ของ Kroll เพื่อตรวจสอบว่าการประมวลผล α-β ไม่ได้ข้าม β-transus การทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงจะตรวจจับช่องว่างภายใน สิ่งเจือปน และรอยแตกที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า การทดสอบแรงดึง การกระแทก และความแข็งยืนยันว่าความแข็งแรงและความเหนียวตรงกับข้อกำหนดเฉพาะของการสั่งซื้อ นอกจากนี้ จำเป็นต้องมีห่วงโซ่การตรวจสอบย้อนกลับที่มีการจัดทำเอกสารอย่างครบถ้วน ตั้งแต่การหลอมลิ่มไปจนถึงการตัดเฉือนขั้นสุดท้าย สำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศและพลังงาน ระบบการจัดการคุณภาพของ Maiterio เป็นไปตาม ISO 9001 และ 14001 โดยมีขั้นตอนการทดสอบภายในองค์กรสำหรับวัสดุโลหะผสมสูง

คำถามที่พบบ่อย

การตีไทเทเนียมแตกต่างจากการตีเหล็กอย่างไร

การตีไทเทเนียมต้องใช้ช่วงอุณหภูมิที่แคบกว่า ความเร็วในการเปลี่ยนรูปช้าลง แม่พิมพ์ที่อุ่นไว้ และการควบคุมบรรยากาศของเตาเผาที่เข้มงวดยิ่งขึ้น β-transus เป็นขีดจำกัดบนแข็งสำหรับโลหะผสม α-β ส่วนใหญ่ ในขณะที่เหล็กไม่มีขอบเขตการหยาบของเกรนที่เท่ากันสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสมธรรมดา

β-transus คืออะไร และเหตุใดจึงสำคัญ?

β-transus คืออุณหภูมิที่โลหะผสมไทเทเนียมกลายเป็นเฟส β ทั้งหมด อุณหภูมิที่สูงกว่านั้นแม้แต่ 10°C ในระหว่างการตีขึ้นรูปสามารถสร้างโครงสร้าง β ที่สมบูรณ์ซึ่งเปลี่ยนเป็นเพลต α หยาบ ซึ่งช่วยลดความเหนียวและอายุการใช้งานของความเมื่อยล้า วิศวกรกระบวนการจะวัดทรานส์ซัสตามจริงสำหรับแต่ละชุดผ่านการวิเคราะห์เชิงความร้อนแบบดิฟเฟอเรนเชียล

แหวนไทเทเนียมสามารถผลิตโดยการกลิ้งแหวนได้หรือไม่?

ใช่. แหวนไททาเนียมไร้ตะเข็บถูกรีดด้วยวงแหวนบนโรงงานแนวรัศมี กระบวนการนี้ใช้การควบคุมความร้อนแบบเดียวกับการตีขึ้นรูปแบบเปิด แต่โหมดการเปลี่ยนรูปจะให้การไหลของเกรนตามเส้นรอบวง ซึ่งเป็นประโยชน์สำหรับการแข่งขันของแบริ่งและหน้าแปลนที่อยู่ภายใต้ความเค้นของห่วง

ขั้นตอนการตกแต่งใดที่จำเป็นสำหรับการตีขึ้นรูปไทเทเนียม

การเจียรจะกำจัดตัวเรือน α ที่อุดมด้วยออกซิเจน และการตัดเฉือนจะกำจัดตะกรันหรือการแยกคาร์บอนที่เหลืออยู่ออก จากนั้นชิ้นส่วนจะได้รับการบำบัดด้วยความร้อน ยืดให้ตรงหากจำเป็น และตรวจสอบโดยการทดสอบการแทรกซึมของสีย้อมหรือการทดสอบอัลตราโซนิกก่อนที่จะยอมรับ