1. Kereskedelmileg tiszta titán hideg megmunkálása
1.1 Feldolgozási nehézség
Alacsony szobahőmérséklet-hajlékonyság és keményedési érzékenység: Szobahőmérsékleten a CP Ti HCP kristályszerkezettel rendelkezik korlátozott csúszási rendszerekkel (csak 3 független csúszási rendszer), ami viszonylag gyenge képlékeny alakváltozási képességet eredményez a felület -centered köbös (FCC) fémekhez (pl. alumíniumötvözet, ausztenites rozsdamentes acél) képest. Ezenkívül a CP Ti rendkívül magas munkakeményedési sebességgel rendelkezik, -szilárdsága meredeken növekszik a hideg alakváltozás mértékének növekedésével. Például 20%-os hideghengerlés után a 2. fokozatú CP Ti szakítószilárdsága a kezdeti 345–415 MPa-ról 550 MPa fölé emelkedhet, miközben a nyúlása 20–25%-ról 8% alá csökken. Ez azt jelenti, hogy a folyamatos hidegalakítás során (például mélyhúzás, hajlítás) az anyag hajlamos a repedésre, ha nem végeznek közbenső kezelést.
Magas deformációs ellenállás: A CP Ti nagy folyáshatárral és áramlási feszültséggel rendelkezik szobahőmérsékleten. Például a 2. fokozatú CP Ti folyáshatára körülbelül 275–345 MPa, ami lényegesen magasabb, mint a 6061-T6 alumíniumötvözeté (körülbelül 240 MPa), és közel áll az alacsony szén-dioxid-kibocsátású acéléhoz (körülbelül 250–300 MPa). A hidegfeldolgozás során nagyobb alakító terhelésre van szükség, ami magasabb követelményeket támaszt az alakító berendezések merevségével és űrtartalmával szemben.
Felületminőségi érzékenység: A CP Ti szobahőmérsékleten nagy kémiai aktivitással rendelkezik, és hajlamos arra, hogy kemény és rideg oxidfilmet (TiO₂) képezzen a felületen. Hideg deformáció (például húzás és hengerlés) során az oxidfilm könnyen leesik, és felületi karcolásokat vagy a formához való tapadást okozhat, ami befolyásolja a munkadarab felületi minőségét. Ezen túlmenően, ha a felületen hibák vannak (például mikrorepedések), akkor a hideg feldolgozás során könnyen előfordulhat feszültségkoncentráció, ami a hibák kiterjedéséhez és a munkadarab akár töréséhez is vezethet.
1.2 Különleges folyamatkövetelmények
Köztes hőkezelés: Ha a hideg alakváltozás mértéke meghaladja a 15-20%-ot, közbenső feszültségmentesítő izzítást vagy átkristályosításos izzítást kell végezni, hogy megszüntesse a munkakeményedést, helyreállítsa az anyag képlékenységét, és elkerülje a későbbi feldolgozás során a repedést. Az izzítási hőmérséklet általában 600-700 fok, a tartási idő 0,5-2 óra, kemencehűtéssel vagy léghűtéssel az anyag átkristályosodását és a belső feszültségek kiküszöbölését biztosítva.
Forma- és kenési technológia: Az öntőformát nagy -keménységű és kopásálló-anyagból kell készíteni (például cementezett keményfém vagy gyorsacél felületbevonattal), és a felületet polírozni kell a súrlódás csökkentése érdekében. Ugyanakkor nagy teljesítményű kenőanyagokat (például molibdén-diszulfid{5}}alapú kenőanyagokat vagy speciális titán-feldolgozó olajokat) kell használni, hogy stabil kenőréteget képezzenek a forma és a munkadarab között, megakadályozzák a tapadást, valamint csökkentsék a deformációval szembeni ellenállást és a felületi karcolásokat.
Felületi előkezelés: Hidegfeldolgozás előtt el kell távolítani a felületi oxidfilmet és a titán nyersdarab szennyeződéseit olyan módszerekkel, mint a pácolás (hidrogén-fluorsav és salétromsav kevert sav, a képlet általában 2-5% HF + 15-20% HNO₃ + víz) vagy homokfúvás, hogy biztosítsák a felület tisztaságát és a felület simaságát, valamint a nyersanyag simaságát.
Szabályozott alakváltozási sebesség és deformáció mértéke: A hideg alakváltozási sebességnek mérsékeltnek kell lennie (általában az alakváltozási sebességet 0,001–0,1 s⁻¹ értékre szabályozzuk). A túl gyors deformációs sebesség miatt az anyagnak nem lesz elég ideje a képlékeny áramláshoz, ami repedéshez vezet; a túl lassú ütem csökkenti a termelés hatékonyságát. Ugyanakkor szigorúan ellenőrizni kell az egyszeri-menetes deformáció mértékét (például a hideghengerlés egymenetes csökkentési aránya általában 5–10%, és az egymenetes hajlítási szög nem haladja meg a 30 fokot), és többszörös kis alakváltozást kell alkalmazni a közbenső lágyítással az egyenletesség biztosítása érdekében.
2. Kereskedelmileg tiszta titán forró megmunkálása
2.1 Feldolgozási nehézség
Szűk meleg üzemi hőmérséklet-tartomány: A CP Ti fázisátalakulási hőmérséklete körülbelül 882 fok (a HCP szerkezet (-fázis) e hőmérséklet felett test-központú köbös (BCC) szerkezetté (-fázis) alakul át). Az optimális melegmunka hőmérséklet-tartomány általában 700-850 fok (a szobahőmérséklet és a fázisátmeneti hőmérséklet között, azaz a -fázis tartományban). Ha a hőmérséklet alacsonyabb, mint 700 fok, az anyag továbbra is nagy deformációs ellenállással és nyilvánvaló munkakeménységgel rendelkezik; Ha a hőmérséklet meghaladja a 850 fokot (közel a fázisátalakulási hőmérséklethez), a szemcse gyorsan nő, ami a munkadarab durva szemcseszerkezetét eredményezi, ami csökkenti a mechanikai tulajdonságokat (például a szívósságot és a kifáradási szilárdságot). Ezen túlmenően, ha a hőmérséklet meghaladja a 882 fokot, és a -fázis tartományba kerül, akkor a szemcse erősen eldurvul, és a lehűlés után még törékeny szemcseközi fázisok is kialakulnak, amelyek jelentősen rontják az anyag teljesítményét.
Magas-hőmérsékletű oxidáció és szennyeződés érzékenység: A CP Ti rendkívül erős kémiai reakciókészséggel rendelkezik magas hőmérsékleten (400 fok felett), és reakcióba lép a levegőben lévő oxigénnel, nitrogénnel, hidrogénnel és egyéb gázokkal, törékeny felületi rétegeket képezve:
Oxidáció: Porózus és törékeny TiO₂-réteget képez, amely csökkenti a munkadarab felületi minőségét és mechanikai tulajdonságait;
Nitridálás: TiN kemény és rideg fázis kialakítása, amely törékennyé teszi az anyagot, és hajlamos a repedésre a feldolgozás során;
Hidrogén abszorpció: TiH rideg fázist képez, ami az anyag hidrogén ridegségéhez vezet, és csökkenti a szívósságát.
Alacsony hővezető képesség és egyenetlen hőmérséklet-eloszlás: A CP Ti hővezető képessége csak körülbelül 1/5-e az acélnak és 1/3-a az alumíniumötvözetének. A forró feldolgozás során az anyagon belüli hőátadás lassú, ami könnyen egyenetlen hőmérséklet-eloszlást idéz elő a felület és a munkadarab magja között, ami egyenetlen alakváltozást és belső feszültséget, sőt a munkadarab repedését vagy deformálódását eredményezi.
2.2 Különleges folyamatkövetelmények
Pontos hőmérsékletszabályozás: A fűtési hőmérsékletet szigorúan 700-850 fokos tartományban kell szabályozni, és a hőmérsékleti eltérés nem haladhatja meg a ±10 fokot. A fűtőberendezésnek precíziós-vezérlésű elektromos kemencét vagy vákuumkemencét kell használnia nyílt lángos fűtés helyett (a helyi túlmelegedés vagy az egyenetlen fűtés elkerülése érdekében). A feldolgozás során a munkadarab hőmérsékletét valós időben figyelni kell (infravörös hőmérséklet méréssel vagy termoelem segítségével). Ha a hőmérséklet 700 fok alá csökken, a munkadarabot vissza kell helyezni a kemencébe újramelegítés céljából, hogy elkerüljük a feldolgozást az alacsony hőmérsékletű, nagy deformációállóságú zónában.
Védő atmoszféra vagy felületi bevonat: A magas-hőmérsékletű oxidáció és a gázszennyezés megelőzése érdekében a következő védelmi intézkedéseket lehet tenni:
Vákuumos fűtés: A munkadarab hevítése vákuumkörnyezetben (10-3 Pa vagy nagyobb vákuumfok), a levegő teljes elszigetelése és a gázreakció elkerülése érdekében;
Inert gáz elleni védelem: A fűtőkemencét nagy-tisztaságú argonnal vagy nitrogénnel (a nitrogén csak alacsony-hőmérsékletű, 600 fok alatti melegítésre alkalmas a nitridáció elkerülése érdekében) feltöltése védőatmoszféra kialakítására;
Felületi oxidációgátló{0}}bevonat: A munkadarab felületének bevonása egy speciális anti-oxidációgátló bevonattal (például üveg-alapú bevonattal vagy bór-alapú bevonattal), amely magas hőmérsékleten sűrű védőréteget képezhet az oxigén és a nitrogén elkülönítése érdekében.
Ésszerű meleg munkafolyamat paraméterek: A forró alakváltozási sebességet 0,1–10 s⁻¹ értékre kell szabályozni (a CP Ti -fázisának plaszticitása jobb ebben az alakváltozási sebességi tartományban). Az egyszeri -menetes deformáció mértékét megfelelően növelni kell (általában 30-50%-kal), hogy teljes mértékben kiaknázzuk az anyag nagy plaszticitását magas hőmérsékleten, és elkerüljük a többszörös, szemcsedurvuláshoz vezető kisebb deformációkat. A forró megmunkálás után a munkadarabot időben le kell hűteni (levegőhűtés vagy vízhűtés, az anyag minőségétől és vastagságától függően), hogy megakadályozzák a szemcsenövekedést és biztosítsák a finom szemcsés szerkezetet.
Feldolgozás utáni hőkezelés-: Melegmegmunkálás után a munkadarabot feszültségmentesítő izzításnak vagy átkristályosításos izzításnak kell alávetni a belső feszültség megszüntetése és a szemcsék finomítása érdekében. Az izzítási hőmérséklet 600-700 fok, a tartási időt a munkadarab vastagsága határozza meg (általában 1-3 óra). A nagy teljesítményigényű munkadarabok esetében kettős izzítás (először 750 fokra melegítés a tartáshoz, majd hűtés 600 fokra a tartáshoz, végül léghűtés) alkalmazható a szerkezet és a tulajdonságok további optimalizálása érdekében.
