Influence du processus de forgeage sur la microstructure et les propriétés des barres de titane
Barre en titane grade 5les matériaux de forgeage sont principalement du titane pur et des alliages de titane contenant divers composants. L'état d'origine du matériau comprend des tiges de titane, des lingots, des poudres métalliques et des métaux liquides. Le rapport entre la surface de la section transversale du métal avant déformation et la surface de la section transversale après déformation est appelé taux de forgeage. Une sélection correcte du rapport de forgeage, une température de chauffage et un temps de maintien raisonnables, une température de forgeage initiale et une température de forgeage finale raisonnables, une quantité de déformation raisonnable et une vitesse de déformation ont une excellente relation avec l'amélioration de la qualité du produit et la réduction des coûts. Généralement, les barres rondes ou carrées sont utilisées comme ébauches pour les pièces forgées de petite et moyenne taille. La structure du grain et les propriétés mécaniques de la barre sont uniformes et bonnes, la forme et la taille sont précises, la qualité de la surface est bonne et il est pratique d'organiser une production de masse. Tant que la température de chauffage et les conditions de déformation sont contrôlées raisonnablement, des pièces forgées avec d'excellentes performances peuvent être forgées sans déformation de forge importante. Sur les avions, les alliages de titane sont principalement utilisés pour fabriquer les principaux composants soumis à des contraintes tels que les poutres, les trains d'atterrissage, les moyeux et les joints d'hélices ; sur les moteurs, les alliages de titane sont principalement utilisés pour fabriquer des bagues d'adaptation, des ventilateurs de roues, des disques et aubes de compresseurs, etc., des pièces chauffées.
Les alliages de titane sont très sensibles aux paramètres du processus de forgeage. Les changements de température de forgeage, de déformation, de déformation et de vitesse de refroidissement entraîneront des changements dans la microstructure et les propriétés des alliages de titane. Afin de mieux contrôler la microstructure et les propriétés des pièces forgées, des technologies de forgeage avancées telles que le forgeage à chaud et le forgeage isotherme ont été largement utilisées dans la production de forgeage d'alliages de titane ces dernières années. En utilisant les méthodes de forgeage conventionnelles, d'une manière générale, les alliages de titane peuvent obtenir des structures équiaxiales après forgeage, de sorte qu'ils aient une forme et une résistance élevées à température ambiante. Il fournit une méthode réalisable pour résoudre le formage de pièces forgées de précision de grande taille et complexes à partir de tiges de titane. Cette méthode a été largement utilisée dans la production de tiges de titane. L’un des moyens les plus efficaces d’améliorer la fluidité des tiges de titane et de réduire la résistance à la déformation consiste à augmenter la température de préchauffage du moule. Le matriçage isotherme et le matriçage à chaud ont été développés au cours des 20 ou 30 dernières années en Allemagne et à l'étranger.
Comment améliorer le rendement des barres de titane de grade 5, parmi lesquelles la méthode de forgeage en matrice fermée peut être utilisée pour forger des barres de titane. Le matriçage fermé doit strictement limiter le volume de l'ébauche d'origine, ce qui complique le processus de préparation du matériau. L’opportunité d’utiliser le forgeage en matrice fermée doit être considérée sous deux aspects : le profit et la faisabilité du processus. Traitement thermique ultérieur et usinage de l'ébauche finale uniquement. La température de forgeage et le degré de déformation sont les facteurs fondamentaux qui déterminent la structure et les propriétés de l'alliage. Le traitement thermique des tiges de titane est différent de celui de l’acier, et le matriçage est généralement utilisé pour fabriquer des formes et des tailles proches de la ferraille. Il ne joue pas un rôle déterminant dans la structure de l'alliage. Par conséquent, les spécifications du processus de l’étape finale de la tige en titane jouent un rôle particulièrement important. Il est nécessaire que la déformation globale de l'ébauche soit d'au moins 30 % et que la température de déformation ne dépasse pas la température de transition de phase. Afin d'obtenir à la fois une résistance et une plasticité élevées, la température et la déformation doivent être réparties aussi uniformément que possible dans toute l'ébauche déformée.
Après traitement thermique de recristallisation, la barre de titane de grade 5 et l'uniformité des performances ne sont pas aussi bonnes que les pièces forgées en acier. Dans la zone d'écoulement intense de métaux, le faible grossissement correspond à des cristaux flous et le fort grossissement correspond à des cristaux fins équiaxes ; dans la zone difficile à déformer, en raison de la faible quantité de déformation ou de l'absence de déformation, la structure préserve souvent l'état avant déformation. Par conséquent, lors du forgeage de certaines pièces importantes de tiges en titane (telles que des disques de compresseur, des aubes, etc.), en plus de contrôler la température de déformation en dessous de TB et un niveau de déformation approprié, il est très important de contrôler la structure de l'ébauche d'origine. Sinon, la structure à gros grains ou certains défauts seront hérités du forgeage et le traitement thermique ultérieur ne pourra pas être éliminé, ce qui entraînera la mise au rebut du forgeage.
Dans la zone de déformation brusque où l'effet thermique est localement concentré, lors du forgeage de tiges de titane de formes complexes sur le marteau. Même si la température de chauffage est strictement contrôlée, la température du métal peut encore dépasser la TB de l'alliage. Par exemple, lorsqu'une ébauche de tige en titane avec une section transversale en forme de I est forgée, le marteau est trop lourd et la température locale au milieu (zone de l'âme) est due à l'effet thermique de déformation. Le bord est localement élevé d'environ 100 degrés. De plus, dans la région difficile à déformer et dans la région présentant un niveau de déformation critique, une structure à gros grains présentant une plasticité et une durabilité relativement faibles est facile à former pendant le processus de chauffage après le matriçage. Par conséquent, les propriétés mécaniques des pièces forgées aux formes complexes sur le marteau sont souvent très instables. Cependant, cela entraînera une forte augmentation de la résistance à la déformation, même si une réduction de la température de chauffage du forgeage peut éliminer le risque de surchauffe locale de l'ébauche. L’augmentation de l’usure des outils et de la consommation électrique nécessite l’utilisation d’équipements plus puissants. Lors du forgeage à ciel ouvert, la perte de bavures représente 15 %-20 % du poids du flan. Les déchets technologiques de la pièce de serrage (si cette pièce doit être laissée selon les conditions de matriçage) représentent 10% du poids du flan. La perte relative de la fraise métallique est généralement due à l'ébauche. Pour certaines pièces forgées à structure asymétrique, avec une grande différence de section transversale et des pièces forgées partielles difficiles à remplir, la consommation de bavures peut atteindre 50 %. Bien qu'il n'y ait pas de perte de bavures dans le forgeage à matrice fermée, le processus de fabrication d'ébauches est compliqué et plusieurs rainures d'outils de transition augmenteront sans aucun doute les coûts auxiliaires.
