Características de las aleaciones de titanio y desafíos en la forja.
Antes de comprender el proceso de forja, es necesario comprender las propiedades únicas de las aleaciones de titanio, que determinan la dificultad y especificidad de su forja.
1. Alta resistencia específica (relación resistencia/densidad): La resistencia de las aleaciones de titanio es cercana a la de ciertos aceros, pero su densidad es solo el 60% de la del acero, que es su ventaja más importante.
2. Buen rendimiento a altas temperaturas-: aún puede mantener una alta resistencia entre 400 y 550 grados C, mientras que la resistencia de la aleación de aluminio disminuirá drásticamente por encima de los 200 grados.
3. Fuerte resistencia a la corrosión: la superficie es propensa a formar una película de óxido densa y estable, que tiene una excelente resistencia a la corrosión de la atmósfera, el agua de mar y diversos medios químicos.
4. Alta actividad química: este es el principal desafío de la forja. A altas temperaturas (especialmente por encima de 800 grados C), el titanio reacciona con el oxígeno, el nitrógeno y el hidrógeno del aire.
Absorción de oxígeno: la formación de una piel de óxido dura y quebradiza (Case) en la superficie puede reducir la resistencia a la fatiga y la tenacidad de las piezas.
Absorción de hidrógeno: puede causar fragilidad por hidrógeno, lo que lleva a una disminución de la plasticidad del material.
5. Mala conductividad térmica: la conductividad térmica del titanio es aproximadamente 1/5 de la del acero y 1/15 de la del aluminio. Esto conduce a una gran diferencia de temperatura entre el interior y el exterior del tocho durante el calentamiento de la forja, lo que genera fácilmente estrés térmico; Durante la deformación por forjado, el calor no se disipa fácilmente, lo que resulta en un sobrecalentamiento local que puede concentrarse en la zona de deformación y exceder la temperatura de forjado permitida.
6. Alta resistencia a la deformación y rango estrecho de plasticidad: las aleaciones de titanio tienen una alta resistencia a temperatura ambiente y son difíciles de deformar. Su forjado debe realizarse dentro de un rango de temperatura específico. Si la temperatura es demasiado alta, provocará que los granos gruesos (quebradizos) o se quemen demasiado. Si la temperatura es demasiado baja, provocará un fuerte aumento en la resistencia a la deformación y puede agrietarse.
Flujo del proceso de forja
La forja de aleaciones de titanio suele seguir los siguientes pasos clave:
1. Corte de materiales
Por lo general, se utiliza una sierra de cinta o un torno para cortar para garantizar que la cara del extremo sea plana, libre de rebabas y grietas, a fin de evitar la propagación de grietas durante el calentamiento y el forjado.
2. Calefacción
Este es el proceso de preparación más crucial.
Temperatura de calentamiento: estrictamente determinada según el grado de aleación. Por lo general, se forja a 20-50 grados C por debajo del punto de transición de fase (T) (en la zona +) o por encima de T (en la zona). El rango de temperatura de forjado para aleaciones comúnmente utilizadas como TC4 (Ti-6Al-4V) es de aproximadamente 900-950 grados C.
3.Equipo de calefacción: Se deben utilizar hornos eléctricos o hornos con protección de gas. Priorizar recomendar hornos de atmósfera controlada o hornos de vacío para minimizar la contaminación por gases. Si se utiliza un horno de resistencia normal, se debe mantener una atmósfera ligeramente oxidante dentro del horno para evitar una atmósfera reductora (para evitar la hidrogenación).
Tiempo de calentamiento: determinado según el tamaño del tocho, asegurando una temperatura uniforme dentro y fuera del tocho. Debido a la mala conductividad térmica, el tiempo de calentamiento suele ser mayor que el del acero.
