Piesele forjate din aliaj de titan sunt alese pentru componente care trebuie să combine rezistența ridicată, densitatea scăzută, rezistența la oboseală și comportamentul previzibil în medii agresive. Starea forjată contează deoarece produce un produs forjat dens cu o microstructură controlată, care este greu de garantat în piese turnate sau fabricate aditiv cu aceeași geometrie. Câmpurile de aplicație de mai jos arată, de asemenea, de ce aliajul nu ar trebui să fie niciodată selectat numai din numele aplicației.
De ce sunt folosite piesele forjate pentru componentele din titan
Forjarea rafinează structura lingoului, închide porozitatea și aliniază microstructura într-un mod care poate fi verificat prin testarea mecanică a piesei sau a unei prelungiri. Pentru componentele supuse încărcării ciclice, acesta este avantajul decisiv. Aliajele de titan reduc, de asemenea, masa componentelor la un nivel de rezistență comparabil cu oțelul de înaltă-rezistență, în timp ce stratul lor de oxid pasiv oferă rezistență la coroziune fără sistemele de acoperire pe care oțelul le necesită în servicii maritime și chimice. Schimbul-constă în sensibilitatea costurilor și a procesului: titanul are o afinitate puternică pentru oxigen și un interval de lucru îngust, astfel încât forjarea ferestrelor de temperatură, starea matriței și controlul atmosferei afectează toate rezultatul.
Structuri aerospațiale și componente ale motorului
Aerospațial rămâne cel mai mare domeniu de aplicare. Părțile corpului aeronavei includ accesorii structurale, șenile scaunelor, componentele trenului de aterizare, atașamentele stâlpilor și suporturile prelucrate-din-forjate, toate beneficiind de o rezistență specifică ridicată și performanță bună la oboseală. La motoare, forjarile de titan sunt folosite pentru discuri compresoare, lame și blisk-uri, arbori și carcase. Componentele compresorului în Ti-6Al-4V sunt aplicate în general acolo unde temperatura de serviciu rămâne sub aproximativ 350 de grade; grade aproape de titan și de temperatură înaltă, cum ar fi Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo extind intervalul de utilizare la 500 de grade pentru etapele mai fierbinți.
Selectarea aliajului în funcție de cerințele de service
| Aliaj | Denumirea comună | Aplicație tipică | Referință la specificații |
|---|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | Clasa 5 | Accesorii pentru corpul aeronavei, discuri de motor, structura generală | ASTM B381, rezistență minimă la tracțiune 895 MPa, curgere minimă 828 MPa, alungire 10 % |
| Ti-6Al-4V ELI | Clasa 23 | Implanturi medicale, piese criogenice și de înaltă{0}}integritate | ASTM B381 și ASTM F136, rezistență minimă la tracțiune 860 MPa, curgere minimă 795 MPa, alungire 10 % |
| Ti-10V-2Fe-3Al | Aliaj beta | Piese forjate structurale-de înaltă rezistență pentru structură | AMS 4983 și AMS 4984, tratate termic la un nivel ridicat de rezistență |
| Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo | Aproape-aliaj alfa | Discuri și inele compresoare pentru temperatură ridicată | AMS 4975 și AMS 4976 |
Gradul 23 este similar din punct de vedere chimic cu gradul 5, dar are limite mai mici de oxigen și fier, ceea ce îmbunătățește ductilitatea și duritatea la rupere. Deoarece diferența este mai degrabă o limită de compoziție decât o rută de procesare, certificatele trebuie verificate cu atenție; o căldură de gradul 5 nu poate fi eliberată împotriva unei cerințe de gradul 23.
Aplicații medicale, marine și chimice
Aplicațiile medicale folosesc titan forjat pentru tulpini de șold și genunchi, șuruburi osoase, feronerie coloanei vertebrale și componente dentare. Aceste produse necesită un control mai strict al chimiei, curățeniei și trasabilității decât lucrările generale de inginerie și, de obicei, necesită gradul 23 sau clase pure comercial, cu criterii de acceptare microstructurală documentate. În serviciul naval, arborii de titan, elementele de fixare, carcasele schimbătorului de căldură și componentele submarine exploatează rezistența filmului de oxid pasiv la cloruri. În procesarea chimică, titanul forjat acoperă corpurile supapelor, componentele pompelor, fitingurile de țevi și interiorul reactorului care manipulează acizi oxidanți și medii clorurate.
Controlul proceselor și verificarea calității
O specificație de forjare, cum ar fi ASTM B381, definește chimia, starea de tratament termic, proprietățile mecanice și starea de suprafață admisă. Practica morii adaugă elementele care determină dacă piesa este acceptată: proiectarea matriței pentru a evita turele și umplerea insuficientă, preîncălzire controlată la o temperatură legată de beta transus și verificarea secțiunii-cu-secțiuni a proprietăților mecanice după tratamentul termic. Pentru piesele critice, inspecția cu ultrasunete este utilizată pentru a detecta discontinuitățile interne, iar examinarea macrostructurală pe o piesă martor secționată confirmă că forjarea a fost prelucrată pe toată grosimea sa și nu numai la suprafață. Macro-gravarea este o verificare deosebit de utilă pentru prezența restului ca-structură turnată, ceea ce indică o deformare insuficientă.
Întrebări frecvente
Q:Care aliaj de titan este cel mai utilizat pentru forjare?
R: Ti-6Al-4V, desemnat Grad 5, este cel mai utilizat. Oferă o combinație echilibrată de rezistență, tenacitate, sudabilitate și disponibilitate și este acoperită de specificații de forjare, cum ar fi ASTM B381.
Q:Care este diferența dintre gradul 5 și gradul 23 într-o forjare?
R: Principala diferență este disciplina chimie. Gradul 23 are un nivel maxim de oxigen și fier mai scăzut, ceea ce crește ductilitatea și duritatea. Rezistența minimă la tracțiune pentru gradul 23 este de 860 MPa față de 895 MPa pentru gradul 5 și este preferată pentru aplicații medicale și de-înaltă integritate.
Q:Până la ce temperatură pot fi folosite piesele forjate Ti-6Al-4V?
R: Serviciul continuu este în general limitat la aproximativ 350 de grade pentru compresor și componentele structurale. Peste acest interval, sunt selectate aliaje aproape-alfa, cum ar fi Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, deoarece păstrează rezistența și rezistența la fluaj la temperaturi mai ridicate.
Q:De ce este preferată forjarea decât turnarea pentru piesele din titan?
R: Forjarea închide porozitatea internă, rafinează microstructura și produce proprietăți de oboseală mai consistente. Titanul turnat poate îndeplini cerințele de rezistență statică, dar împrăștierea performanței la oboseală este mai mare, ceea ce este inacceptabil pentru piesele critice-în rotație sau zbor cu încărcare mare.
Q:Cum se confirmă calitatea forjării înainte de livrare?
R: Pe baza obișnuită a analizei chimice, încercări de tracțiune și, acolo unde este necesar, de impact, plus inspecție cu ultrasunete pentru soliditatea internă și examinarea macrostructurală a unei piese secționate pentru a confirma deformarea adecvată a secțiunii.
