Пять методов охлаждения и характеристики процесса ковки титановых сплавов

Титановые сплавычувствительны к фазовым превращениям. Небольшие различия в скорости охлаждения после ковки могут изменить морфологию, размер и распределение фаз, что приводит к градиентам свойств прочности, ударной вязкости, пластичности и усталостных характеристик поковок. В промышленной ковке обычно применяются пять методов охлаждения: охлаждение в печи, воздушное охлаждение, принудительное воздушное охлаждение, закалка в масле и закалка в воде с постепенно увеличивающейся скоростью охлаждения для удовлетворения требований к производительности различных марок и компонентов титановых сплавов.

 

 

 

1. Параметры процесса

Медленное охлаждение в закрытой печи после окончательной ковки со скоростью охлаждения менее 1 град/с. Охлаждение происходит стабильно, без термического шока.

 

2.Микроструктура

Происходит достаточное фазовое превращение, в результате которого образуется грубая равноосная первичная фаза плюс непрерывная пластинчатая матрица. Зерна однородные; мартенсит не образуется. Микроструктура стабильна, без искажений и внутренних напряжений.

 

3.Процесс и производительность

Оптимальная пластичность, вязкость и усталостная прочность; высокая точность размеров с практически нулевым остаточным напряжением, низким риском деформации и растрескивания. Однако он отличается длительными циклами охлаждения, низкой эффективностью и высоким энергопотреблением и непригоден для массового производства.

 

4.Приложения

Поковки из чистого титана и околотитановых сплавов; статические компоненты авиационных двигателей, высокоточные медицинские детали, коррозионностойкие детали, работающие под давлением, и другие компоненты, требующие хорошей пластичности, вязкости и стабильности размеров с умеренными требованиями к прочности.

 

 

1. Параметры процесса

Основной процесс ковки. Тепло рассеивается естественным путем при температуре окружающей среды со скоростью охлаждения 1‑10 град/с. Никакого дополнительного оборудования не требуется, а эксплуатация проста.

 

2.Микроструктура

Отсутствие огрубления и искажений зерна. Получается однородная пластинчатая + двухфазная микроструктура с измельченными первичными зернами и хорошо связанными границами раздела фаз.

 

3.Процесс и производительность

Сбалансированная прочность-выносливость. Прочность и твердость выше, чем при охлаждении в печи, при этом сохраняется благоприятная пластичность и вязкость. Он имеет низкое остаточное напряжение, низкий процент брака, нулевое дополнительное потребление энергии и широкую универсальность, но не может удовлетворить требования сверхвысокой прочности.

 

4.Приложения

Большинство двухфазных титановых сплавов, таких как Grade 5; компоненты массового производства со сбалансированными комплексными характеристиками, включая детали аэрокосмической конструкции, легкие автомобильные компоненты и поковки общего назначения.

 

 

1. Параметры процесса

Усиленный вариант воздушного охлаждения. Вентиляторы обеспечивают принудительное конвекционное рассеивание тепла. Скорость охлаждения варьируется в пределах 10‑30 град/с и может гибко регулироваться в зависимости от размера заготовки и марки материала.

 

2.Микроструктура

Ускоренное охлаждение подавляет рост зерен, приводя к образованию мелких игольчатых и короткостержневых вторичных фаз. Зерна в целом более мелкие, а микроструктура плотная и однородная.

 

3.Процесс и производительность

Прочность, твердость, износостойкость и усталостные характеристики превосходят показатели естественного воздушного охлаждения. Пластичность-прочность снижается умеренно, но остается работоспособной. Он имеет низкий риск деформации и растрескивания, высокую эффективность производства и низкое энергопотребление, выступая в качестве промежуточного процесса между воздушным охлаждением и закалкой.

 

4.Приложения

Различные поковки из титанового сплава; компоненты, требующие более высокой несущей способности, избегая при этом деформации, вызванной закалкой, такие как детали крыльев вспомогательных самолетов, высококачественные компоненты трансмиссии и титановые фланцы для ветроэнергетических установок.

 

 

1. Параметры процесса

Средне-высокоскоростная закалка. Горячие поковки погружаются в закалочное масло для отвода тепла, при этом достигается скорость охлаждения 30-80 град/с с контролируемыми градиентами охлаждения, более мягкая, чем закалка в воду.

 

2.Микроструктура

Быстрое переохлаждение приводит к образованию мелкого игольчатого мартенсита, метастабильной фазы и мелкой первичной фазы, образующих композитную упрочненную микроструктуру с мелкими зернами и высокой плотностью дислокаций.

 

3.Процесс и производительность

Значительно улучшенная прочность, твердость и износостойкость, а также повышенная несущая способность и противодеформационная способность. Риски растрескивания и деформации ниже, чем при закалке в воду. К недостаткам относятся заметное снижение пластичности, вязкости и остаточных напряжений; Для снятия напряжений необходим низкотемпературный отпуск, что приводит к увеличению себестоимости продукции.

 

4.Приложения

Поковки из высокопрочных + и околотитановых сплавов; детали военной конструкции и высокопрочная несущая и износостойкая арматура. Подходит для деталей, в которых отдается предпочтение высокой твердости и прочности в ущерб частичной пластичности и вязкости; не применимо к тонкостенным прецизионным компонентам или деталям специальной формы.

 

 

1. Параметры процесса

Самый быстрый процесс охлаждения. Горячие поковки погружаются в чистую воду для резкого охлаждения со скоростью выше 100 градусов в секунду, что приводит к экстремальным температурным градиентам и скорости фазовых превращений.

 

2.Микроструктура

Сильное переохлаждение запускает неравновесное фазовое превращение, приводящее к образованию обильного мелкого игольчатого мартенсита и метастабильной фазы. Зерна чрезвычайно мелкие и имеют самую высокую плотность дислокаций, что закладывает основу для старения.

 

3.Процесс и производительность

Он обеспечивает самый сильный эффект упрочнения среди пяти процессов, обеспечивая оптимальную твердость, прочность на разрыв и износостойкость. Тем не менее, резкое охлаждение вызывает огромные напряжения, пластичность резко падает, а деформация и микротрещины могут возникнуть с высокой долей брака. Последующее старение и отжиг для снятия напряжений являются обязательными, что приводит к усложнению рабочих процессов и высоким затратам.

 

4.Приложения

Ограничено толстостенными высокопрочными титановыми сплавами с большим поперечным сечением и простой структурой, а также компонентами из титановых сплавов, предназначенными для старения. В основном используется для тяжелых, высокопрочных военных и аэрокосмических деталей. Строго запрещено для тонкостенных деталей особой формы, высокоточных или требующих высокой прочности.

 

Ruihang Group является производителем изделий из титановых сплавов, поставляя титановые прутки, пластины, поковки, проволоку, трубы и т. д. Для запросов и предложений свяжитесь с нами по адресу:Sam.Rui@bjrh-titanium.com