Bevor man den Schmiedeprozess versteht, ist es notwendig, zunächst die einzigartigen Eigenschaften von Titanlegierungen zu verstehen, die die Schwierigkeit und Spezifität ihres Schmiedens bestimmen.
1.Hohe spezifische Festigkeit (Verhältnis Festigkeit/Dichte): Die Festigkeit von Titanlegierungen kommt der Festigkeit bestimmter Stähle nahe, ihre Dichte beträgt jedoch nur 60 % der von Stahl, was ihr wichtigster Vorteil ist.
2. Gute Hochtemperaturleistung: Die hohe Festigkeit bleibt auch bei 400–550 °C erhalten, während die Festigkeit der Aluminiumlegierung über 200 °C stark abnimmt.
3. Starke Korrosionsbeständigkeit: Die Oberfläche neigt zur Bildung eines dichten und stabilen Oxidfilms, der eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber der Atmosphäre, Meerwasser und verschiedenen chemischen Medien aufweist.
4. Hohe chemische Aktivität: Dies ist die zentrale Herausforderung beim Schmieden. Bei hohen Temperaturen (insbesondere über 800 Grad C) reagiert Titan mit Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff in der Luft.
Sauerstoffaufnahme: Die Bildung einer harten und spröden Oxidhaut (Case) auf der Oberfläche kann die Dauerfestigkeit und Zähigkeit der Teile verringern.
Wasserstoffabsorption: kann zu Wasserstoffversprödung führen, was zu einer Verringerung der Plastizität des Materials führt.
5. Schlechte Wärmeleitfähigkeit: Die Wärmeleitfähigkeit von Titan beträgt etwa 1/5 der von Stahl und 1/15 der von Aluminium. Dies führt beim Erhitzen zum Schmieden zu einem großen Temperaturunterschied zwischen der Innenseite und der Außenseite des Knüppels, was leicht zu thermischer Spannung führt. Während der Schmiedeverformung kann die Wärme nicht leicht abgeleitet werden, was zu einer lokalen Überhitzung führt, die sich in der Verformungszone konzentrieren und die zulässige Schmiedetemperatur überschreiten kann.
6. Hohe Verformungsbeständigkeit und enger Plastizitätsbereich: Titanlegierungen haben bei Raumtemperatur eine hohe Festigkeit und sind schwer zu verformen. Das Schmieden muss innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs erfolgen. Eine zu hohe Temperatur führt zu groben Körnern (Sprödekeit) oder Überbrennen. Wenn die Temperatur zu niedrig ist, erhöht sich der Verformungswiderstand stark und es kann zu Rissen kommen.
Das Schmieden von Titanlegierungen erfolgt in der Regel in folgenden Hauptschritten:
1. Materialschneiden
Normalerweise wird zum Schneiden eine Bandsäge oder Drehmaschine verwendet, um sicherzustellen, dass die Endfläche flach und frei von Graten und Rissen ist, um eine Rissausbreitung während des Erhitzens und Schmiedens zu verhindern.
2. Heizung
Dies ist der wichtigste Vorbereitungsprozess.
Heiztemperatur: streng abhängig von der Legierungssorte. Normalerweise wird es bei 20–50 °C unterhalb des Phasenübergangspunkts (T) (in der +-Zone) oder über T (in der Zone) geschmiedet. Der Schmiedetemperaturbereich für häufig verwendete Legierungen wie TC4 (Ti-6Al-4V) liegt bei etwa 900–950 °C.
3. Heizgeräte: Es müssen Elektroöfen oder gasgeschützte Öfen verwendet werden. Priorisieren Sie die Empfehlung von Öfen mit kontrollierter Atmosphäre oder Vakuumöfen, um die Gasverschmutzung zu minimieren. Wenn ein normaler Widerstandsofen verwendet wird, sollte im Ofen eine leicht oxidierende Atmosphäre aufrechterhalten werden, um eine reduzierende Atmosphäre zu vermeiden (um eine Hydrierung zu verhindern).
4. Aufheizzeit: wird entsprechend der Größe des Knüppels bestimmt, um eine gleichmäßige Temperatur innerhalb und außerhalb des Knüppels sicherzustellen. Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit ist die Aufheizzeit meist länger als bei Stahl.
