Caracteristicile și proprietățile materialelor din titan și aliaje de titan
Titanul și aliajele de titan au multe proprietăți excelente, reflectate în principal în următoarele aspecte:
1. Rezistență ridicată. Aliajul de titan are o rezistență ridicată, rezistența sa la tracțiune este 686-1176MPa și densitatea sa este de numai aproximativ 60% din oțel, deci rezistența sa specifică este foarte mare.
2. Duritate mare. Duritatea HRC a aliajului de titan (stare recoaptă) este 32-38.
3. Modul elastic scăzut. Modulul de elasticitate al aliajului de titan (starea recoaptă) este de 1,078 × 10-1,176 × 10 MPa, care este aproximativ jumătate din cel al oțelului și al oțelului inoxidabil.
4. Performanță excelentă la temperaturi ridicate și scăzute. La temperaturi ridicate, aliajele de titan pot menține în continuare proprietăți mecanice bune, rezistența la căldură este mult mai mare decât cea a aliajelor de aluminiu, iar intervalul lor de temperatură de utilizare este larg. În prezent, temperatura de lucru a noilor aliaje de titan rezistente la căldură poate atinge 550-600 grade; la temperaturi scăzute, rezistența aliajelor de titan este îmbunătățită în comparație cu temperaturile normale și au o rezistență bună. Aliajele de titan la temperatură joasă pot menține o rezistență bună la -253 grade .
5. Titanul are o rezistență puternică la coroziune. În aer sub 550 de grade, o peliculă de oxid subțire și densă se va forma rapid pe suprafața de titan. Prin urmare, rezistența sa la coroziune în mediile oxidante cum ar fi atmosfera, apa de mare, acidul azotic și acidul sulfuric, alcalii puternici este mai bună decât cea a majorității oțelurilor inoxidabile.
Aliajele de titan au rezistență și duritate ridicate, astfel încât echipamentele de prelucrare trebuie să fie puternice, iar matrițele și sculele de tăiere ar trebui să aibă rezistență și duritate ridicate. În timpul tăierii, zona de contact dintre așchie și suprafața greblei este mică, iar presiunea asupra vârfului sculei este mare. În comparație cu oțelul 45, deși forța de tăiere a aliajului de titan este de numai 2/3-3/4, aria de contact dintre așchiu și suprafața greblei este mai mică (doar 1/2-2/3 din oțel 45 ), astfel încât sculele de tăiere Tensiunea asupra lamei este mare, iar vârful sculei sau muchia de tăiere este ușor de purtat; aliajul de titan are un factor de frecare mare și conductivitate termică scăzută (doar 1/4 și, respectiv, 1/16 de fier și, respectiv); contactul dintre sculă și așchie se datorează acestuia. Cu o lungime scurtă, căldura de tăiere se va acumula într-o zonă mică, aproape de muchia de tăiere și nu va fi ușor disipată. Acești factori fac ca temperatura de tăiere a aliajului de titan să fie foarte ridicată, ducând la uzura accelerată a sculei și afectând calitatea prelucrării. Datorită modulului elastic scăzut al aliajului de titan, piesa de prelucrat revine foarte mult în timpul tăierii, ceea ce poate cauza cu ușurință uzura crescută a flancului sculei și deformarea piesei de prelucrat. Aliajele de titan sunt foarte active din punct de vedere chimic la temperaturi ridicate și reacționează ușor cu impuritățile gazoase, cum ar fi hidrogenul și oxigenul din aer. Reacția chimică generează un strat întărit, agravând și mai mult uzura sculei; la tăierea aliajului de titan, materialul piesei de prelucrat este ușor lipit de suprafața sculei și, împreună cu temperatura ridicată de tăiere, unealta este predispusă la uzura prin difuzie și uzura adezivului.
Aliajele de titan au proprietăți chimice active și sunt ușor compatibile și aderă la abrazivi la temperaturi ridicate, înfundând discul de șlefuit, rezultând o uzură crescută a discului de șlefuire, o performanță redusă de șlefuire și dificultăți în asigurarea preciziei de șlefuire. Uzura discului de șlefuit crește, de asemenea, zona de contact dintre discul de șlefuit și piesa de prelucrat, determinând deteriorarea condițiilor de disipare a căldurii și creșterea bruscă a temperaturii din zona de șlefuire, formând un stres termic mare pe suprafața de șlefuire, provocând arsuri locale. pe piesa de prelucrat și provocând fisuri de șlefuire. Aliajul de titan are rezistență și duritate ridicate, ceea ce face ca așchiile de măcinare să fie dificil de separat în timpul măcinarii, crește forța de măcinare și crește în consecință consumul de putere de măcinare. Aliajul de titan are conductivitate termică scăzută și căldură specifică mică. Conducerea căldurii este lentă în timpul măcinarii, determinând acumularea de căldură în zona arcului de măcinare, determinând creșterea bruscă a temperaturii zonei de măcinare.
La extrudarea titanului și aliajelor de titan, este necesară o temperatură ridicată de extrudare și o viteză mare de extrudare pentru a preveni scăderea prea rapidă a temperaturii. În același timp, timpul de contact dintre semifabricatul de temperatură înaltă și matriță trebuie scurtat cât mai mult posibil. Prin urmare, matrița de extrudare ar trebui să utilizeze noi materiale de matriță rezistente la căldură, iar viteza de transport a semifabricatului de la cuptorul de încălzire la butoiul de extrudare ar trebui, de asemenea, să fie rapidă. Deoarece metalul este ușor contaminat cu gaz în timpul încălzirii și extrudarii, trebuie luate și măsuri de protecție adecvate. Lubrifianții adecvați ar trebui selectați în timpul extrudarii pentru a preveni aderența la matriță, cum ar fi extrudarea jacketului și extrudarea lubrifiată cu sticlă. Datorită efectului termic mare al deformării titanului și aliajelor de titan și conductivității termice slabe, trebuie acordată o atenție deosebită prevenirii supraîncălzirii în timpul extrudarii și deformării. Procesul de extrudare al aliajului de titan este mai complicat decât cel al aliajului de aluminiu, al aliajului de cupru și chiar al oțelului. Acest lucru este determinat de proprietățile fizice și chimice speciale ale aliajului de titan. În timpul extrudării inverse la cald convenționale a aliajului de titan, temperatura matriței este scăzută, temperatura suprafeței țaglei în contact cu matrița scade rapid, în timp ce temperatura din interiorul țaglei crește din cauza căldurii de deformare. Datorită conductivității termice scăzute a aliajului de titan, după scaderea temperaturii suprafeței, căldura țaglei interioare nu poate fi transferată la suprafață la timp pentru a o completa și va apărea un strat întărit la suprafață, ceea ce face dificilă continuarea deformării. În același timp, va apărea un gradient mare de temperatură între stratul de suprafață și stratul interior. Chiar dacă poate fi format, este ușor să provoace deformare și structură neuniformă.
Aliajele de titan sunt foarte sensibile la parametrii procesului de forjare. Modificările temperaturii de forjare, cantității de deformare, cantității de deformare și vitezei de răcire vor cauza modificări în structura și proprietățile aliajelor de titan. Pentru a controla mai bine proprietățile structurale ale pieselor forjate, în ultimii ani, tehnologiile avansate de forjare, cum ar fi forjarea cu matriță la cald și forjarea izotermă, au fost utilizate pe scară largă în producția de forjare a aliajelor de titan.
Plasticitatea aliajelor de titan crește odată cu temperatura. În intervalul de temperatură de 1000-1200 grade , plasticitatea atinge valoarea maximă, iar gradul de deformare admisibil ajunge la 70%-80%. Intervalul de temperatură de forjare al aliajelor de titan este îngust și trebuie controlat strict în funcție de temperatura ( )/ de transformare (cu excepția deschiderilor pentru lingouri), altfel boabele vor crește violent și vor reduce plasticitatea la temperatura camerei; Aliajele de titan sunt de obicei între ( ) Forjarea se realizează în regiunea de fază deoarece temperatura de forjare deasupra liniei ( )/ de transformare este prea mare, ceea ce va duce la generarea fazei fragile. Atât forjarea inițială, cât și forjarea finală a aliajului de titan trebuie să fie mai mari decât temperatura ( )/de transformare. Rezistența la deformare a aliajului de titan crește rapid odată cu creșterea vitezei de deformare, printre care temperatura de forjare are o influență mai mare asupra rezistenței la deformare a aliajului de titan. Prin urmare, forjarea convențională trebuie făcută în matrița de forjare cu o răcire minimă. Conținutul de elemente interstițiale (cum ar fi O, N, C) are, de asemenea, un impact semnificativ asupra forjabilitatea aliajelor de titan.
