टाइटेनियम मिश्र धातुओं और उनकी रोकथाम के सामान्य फोर्जिंग दोष

1। थर्मल प्रभाव फोर्जिंग

उच्च तापमान वाले टाइटेनियम मिश्र धातु के एक निश्चित ग्रेड के बाद एक तेज फोर्जिंग मशीन पर जाली किया गया था, इसे गर्म किया गया था और कई बार + दो-चरण क्षेत्र में φ 165 मिमी बार में जाली किया गया था। गर्मी उपचार के बाद, इसके मैक्रोस्ट्रक्चर को एक फजी क्रिस्टल संरचना के रूप में देखा गया था, और इसका माइक्रोस्ट्रक्चर एक समान संरचना थी, जो + दो-चरण टाइटेनियम मिश्र धातु की एक आदर्श समान संरचना है। माइक्रोस्ट्रक्चर फोटो को चित्र 1 ए में दिखाया गया है। And 165 मिमी बार को देखा और काट दिया गया था, इसे 5 0 को चरण परिवर्तन बिंदु से नीचे गर्म किया गया था और 30 kN हाइड्रोलिक हथौड़ा पर φ 110 मिमी × 110 मिमी वर्ग बिलेट में जाली था। जब स्क्वायर बिललेट को बाद में विच्छेदित और विश्लेषण किया गया, तो यह पाया गया कि कोर स्पष्ट क्रिस्टल था। माइक्रोस्ट्रक्चर फोटो को चित्र 1 बी में दिखाया गया है। माइक्रोस्ट्रक्चर लैथ + रोटेशन है, जो स्पष्ट अनाज की सीमाओं के साथ एक विशिष्ट विडमैनस्टैटन संरचना है। टाइटेनियम मिश्र धातु में ओवरहीट संरचना से संबंधित है। सेमी-क्लियर क्रिस्टल सतह से 20 से 30 मिमी दूर है। माइक्रोस्ट्रक्चर फोटो को चित्र 1C में दिखाया गया है। माइक्रोस्ट्रक्चर lath + equiaxed + रोटेशन है। समतुल्य की संख्या दुर्लभ है, लाथ्स की संख्या बड़ी है, और बंद किए गए अनाज की सीमाओं को बंद कर दिया जाता है; सतह से 0 से 20 मिमी की सीमा फजी क्रिस्टल है।

Φ80 मिमी TC4 टाइटेनियम मिश्र धातु सलाखों के एक बैच में एक विशिष्ट इक्विएक्सेड माइक्रोस्ट्रक्चर (चित्र 2 ए देखें) है, और प्राथमिक समतुल्य सामग्री 70%से अधिक है। 940 डिग्री (मिश्र धातु परिवर्तन बिंदु 995 डिग्री) पर हीटिंग हथौड़ा पर मरने के बाद, डाई फोर्जिंग के कोर के माइक्रोस्ट्रक्चर को चित्र 2 बी में दिखाया गया है, और प्राथमिक समान सामग्री केवल 15%है, जो कि फोर्जिंग तापमान को ओवरहीटिंग के कारण होती है।

टाइटेनियम मिश्र धातुओं को खराब प्लास्टिसिटी और थकान गुणों के साथ टोकरीव्यू संरचनाओं या विडमैनस्टेटन संरचनाओं को प्राप्त करने के लिए चरण संक्रमण बिंदु ( + / परिवर्तन तापमान) से ऊपर विकृत हो गया। इसलिए, अधिकांश टाइटेनियम मिश्र धातु उत्पाद तकनीकी मानकों के लिए आवश्यक है कि लगभग-टाइप और + - के माइक्रोस्ट्रक्चर ड्यूल-फेज टाइटेनियम मिश्र धातु उत्पादों को आम तौर पर समान व्यापक प्रदर्शन के साथ समान संरचनाएं या दोहरी-राज्य संरचनाएं हैं। इसलिए, लगभग -type और + - टाइप ड्यूल -फेज टाइटेनियम मिश्र धातु उत्पादों को आम तौर पर गर्म किया जाता है और चरण संक्रमण बिंदु के नीचे 30-60 डिग्री पर जाली होता है। बड़ी संख्या में अध्ययन और इंजीनियरिंग प्रथाओं से पता चला है कि हीटिंग तापमान को बढ़ाने के साथ, दोहरे चरण के टाइटेनियम मिश्र धातुओं के माइक्रोस्ट्रक्चर में प्राथमिक समानता की सामग्री काफी कम हो जाती है, जबकि लाथ्स की सामग्री में काफी वृद्धि हुई है। यह कहना है, जब डुप्लेक्स टाइटेनियम मिश्र धातु को चरण परिवर्तन बिंदु से नीचे गर्म किया जाता है, जैसे -जैसे हीटिंग तापमान बढ़ता है, संरचना में प्राथमिक समान चरण धीरे -धीरे चरण में बदल जाता है, जिसके परिणामस्वरूप प्राथमिक समान सामग्री में कमी होती है, एक छोटा आकृति विज्ञान, और टाइटेनियम के माइक्रोस्ट्रक्चर में लथ सामग्री में वृद्धि होती है। जब हीटिंग और फोर्जिंग तापमान टाइटेनियम मिश्र धातु के चरण परिवर्तन बिंदु से अधिक हो जाता है, तो डुप्लेक्स टाइटेनियम मिश्र धातु संरचना में प्राथमिक समान चरण पूरी तरह से गायब हो जाता है, और एक लथ-जैसी बास्केटविव संरचना या विडमैनस्टेटन संरचना बन जाता है।

टाइटेनियम की थर्मल चालकता 0 है। 036cal/cm · s · डिग्री (1cal/cm · s · डिग्री =418। हथौड़ा पर टाइटेनियम मिश्र धातु की फोर्जिंग प्रक्रिया के दौरान, उच्च तात्कालिक विरूपण दर (हथौड़ा पर 7 ~ 9m/s) और हड़ताली की उच्च आवृत्ति के कारण, मिश्र धातु का आंतरिक प्रवाह तनाव बहुत बड़ा होता है, और एक बड़ी मात्रा में यांत्रिक ऊर्जा का सेवन किया जाता है और थोड़े समय में आंतरिक गर्मी में परिवर्तित हो जाता है। चूंकि बिलेट के कोर की विरूपण आसपास के क्षेत्र की तुलना में बड़ा है और गर्मी अपव्यय की स्थिति खराब है, बिलेट के अंदर का तापमान बढ़ता है और अधिकतम विरूपण डिग्री के दृष्टिकोण के साथ केंद्र क्षेत्र का तापमान या यहां तक ​​कि मिश्र धातु चरण संक्रमण बिंदु से अधिक होता है, जिसके परिणामस्वरूप एक तेज कमी या यहां तक ​​कि अंतिम बिलेट के माइक्रोस्ट्रक्चर की पूरी तरह से गायब हो जाती है। जब ओवरहीटिंग गंभीर होती है, तो संगठन एक बहुत खराब प्रदर्शन विडमैनस्टैटन संगठन में बदल जाता है। उपरोक्त दो विशिष्ट दोहरे चरण टाइटेनियम मिश्र धातुओं को हथौड़ा द्वारा जाली किया जाता है, उनके माइक्रोस्ट्रक्चर में प्राथमिक समान सामग्री तेजी से घट जाती है, और तदनुसार लाथ सामग्री बढ़ जाती है। माइक्रोस्ट्रक्चर एक आदर्श समान संरचना से एक खराब विडमैनस्टैटन संरचना में बदल जाता है। मुख्य कारण यह है कि टाइटेनियम मिश्र धातु तात्कालिक और गंभीर विरूपण प्रक्रिया के दौरान गर्म हो जाता है।

टाइटेनियम मिश्र धातु के विरूपण के दौरान, केंद्र आम तौर पर हिंसक विरूपण क्षेत्र है, इसलिए केंद्र उच्चतम तापमान वृद्धि वाला क्षेत्र है। केंद्र में तापमान वृद्धि का उपयोग फोर्जिंग प्रक्रिया को तैयार करने के लिए मुख्य आधार के रूप में किया जाता है। जब एक तेजी से फोर्जिंग गति के साथ एक फोर्जिंग हथौड़ा के साथ टाइटेनियम मिश्र धातु फोर्जिंग करते हैं, तो फोर्जिंग प्रक्रिया के दौरान केंद्रीय गर्मी प्रभाव पर विचार किया जाना चाहिए, और रिक्त को लगातार हिट नहीं किया जा सकता है। यदि शर्तों की अनुमति दी जाती है तो टाइटेनियम मिश्र धातु के लिए एक प्रेस या एक तेज़ फोर्जिंग मशीन का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है। इस प्रकार के फोर्जिंग उपकरण में कम हड़ताली गति होती है, और फोर्जिंग के दौरान रिक्त की तात्कालिक तनाव दर कम होती है। उत्पन्न विरूपण गर्मी बहुत स्पष्ट नहीं है। इसी समय, विरूपण गर्मी के फैलने के लिए पर्याप्त समय होता है, जिससे तात्कालिक कोर तापमान में उल्लेखनीय वृद्धि नहीं होगी।

2। असमान संगठन

TC17 टाइटेनियम मिश्र धातु डाई फोर्जिंग के एक बैच के माइक्रोस्ट्रक्चर का अवलोकन करते समय, यह पाया गया कि टोकरी संरचना में कुछ बड़े ब्लॉकी चरण (आमतौर पर मोटे ब्लॉक के रूप में जाना जाता है) थे, चित्र 3 देखें। टीसी 17 टाइटेनियम मिश्र धातु डाई फोर्जिंग को एक उप-फोर्जिंग प्रक्रिया का उपयोग करके उत्पादन किया गया था (40 डिग्री के लिए डराइंग, एकसमान टोकरी संरचना।

इस तरह के मोटे ब्लॉक को बिग व्हाइट ब्लॉक भी कहा जाता है। टोकरी संरचना में ठीक सामान्य पट्टी की तुलना में, यह आकार में मोटे और असमान है। यह अनाज की सीमा से अनाज तक बढ़ता है, शायद ही कभी परस्पर जुड़ा होता है, और इसका क्रिस्टल इंटरफ़ेस अपेक्षाकृत मोटा और असमान होता है, जबकि सामान्य पट्टी का क्रिस्टल इंटरफ़ेस अपेक्षाकृत चिकना होता है। अध्ययनों से पता चला है कि इस मोटे ब्लॉक की सूक्ष्मता सामान्य पट्टी की तुलना में लगभग 10% कम है, जो मिश्र धातु प्लास्टिसिटी और थर्मल स्थिरता को कम करने का कारण बनती है, जिससे फोर्जिंग की गुणवत्ता को प्रभावित किया जाता है, इसलिए टाइटेनियम मिश्र धातु में इस तरह की असमान संरचना को रोकना आवश्यक है। टाइटेनियम मिश्र धातु के पिघलने और जमने की प्रक्रिया के दौरान, विभिन्न मिश्र धातु तत्वों के संतुलन वितरण गुणांक के कारण, 1 के बाद, बाद में घुलनशील अनाज की सीमाओं पर तत्वों को स्थिर करने का संवर्धन और अलगाव होता है, इसलिए चरण पहले अपने संवर्धन पर होता है और अनाज की सीमा के साथ बढ़ता है। माइक्रो-क्षेत्र घटक अलगाव इस असमान संरचना की पीढ़ी के लिए मौलिक कारण है।

Micro-region component crystallization segregation is caused by the equilibrium distribution coefficient k0>1 या k 0}<1. The segregation formed by different solute concentrations in the successive crystallization regions of the alloy is normal segregation. This segregation is difficult to avoid completely, but it can be controlled by appropriate measures. On the one hand, it can be controlled by improving and optimizing the ingot smelting process parameters, and on the other hand, it can be improved and eliminated by appropriate forging processes. In terms of forging process, firstly, during the forging of the ingot, appropriate high-temperature homogenization treatment is used. The microscopic intracrystalline dendrite segregation in the columnar structure area of ​​the ingot is improved and eliminated by homogenization annealing or deformation recrystallization; secondly, during the die forging process of the alloy billet and the finished product, appropriate post-forging cooling methods are used to control it and inhibit the appearance of coarse α blocks in its microstructure. The use of air cooling after the sub-β die forging of the above-mentioned TC17 titanium alloy forgings is the cause of the appearance of coarse α blocks. The post-forging cooling rate is slow, the undercooling degree is small, and the nucleation rate is low, so the α phase has enough time to grow and form coarse α blocks.

उप-फोर्जिंग के बाद रैपिड कूलिंग (पानी ठंडा या तेल ठंडा) मोटे ब्लॉकों की उपस्थिति को काफी कम या रोक सकता है। शीतलन दर में तेजी लाने और सुपरकूलिंग की डिग्री बढ़ाने से चरण की न्यूक्लिएशन दर बढ़ सकती है। यद्यपि स्थानीय क्षेत्र में मिश्र धातु तत्व अलगाव है, जिसमें मोटे ब्लॉकों की वृद्धि के लिए स्थितियां हैं, चरण में बढ़ने और विलय करने का समय नहीं है, और पूरे संगठन की चरण परिवर्तन प्रक्रिया समाप्त हो गई है। शीतलन दर को नियंत्रित करने से अवक्षेपित चरण के आकारिकी और वितरण को काफी बदल दिया जा सकता है। फोर्जिंग के बाद पानी को ठंडा करने या तेल ठंडा करने से क्रिस्टल दोषों (अव्यवस्था, सबग्रेन) के सभी हिस्से को ठीक किया जाता है और कमरे के तापमान को फोर्ज करके उत्पन्न होने वाले अव्यवस्था घनत्व के साथ विकृत संगठनों, बाद की गर्मी उपचार प्रक्रिया में पुनर्गणना के लिए क्रिस्टल नाभिक की एक बड़ी संख्या को जोड़ते हैं। बाद के गर्मी उपचार में, चरण की वर्षा तंत्र वायु शीतलन की स्थिति के तहत प्रेरित न्यूक्लिएशन तंत्र से एक स्वतंत्र न्यूक्लिएशन मोड में बदल जाती है, और प्राथमिक और माध्यमिक के छोटे, अराजक, इंटरवॉवन स्ट्रिप्स प्राप्त किए जाते हैं। यह संगठन मिश्र धातु के व्यापक गुणों में काफी सुधार कर सकता है।

3। गुहा-प्रकार के दोष

कारखाने के दौरान φ 70 मिमी TA7 टाइटेनियम मिश्र धातु सलाखों के एक बैच के अल्ट्रासोनिक निरीक्षण के दौरान, अत्यधिक दोष तरंगें पाई गईं। दोष स्थान को विच्छेदित करने के बाद, एक कम-शक्ति क्षैतिज निरीक्षण आयोजित किया गया था। संक्षारण के बाद, बड़ी संख्या में "गड्ढे" कम-शक्ति निरीक्षण पर पाए गए, मुख्य रूप से बार के केंद्र क्षेत्र में केंद्रित थे, और बार के 1/4 त्रिज्या के बाहर कोई "गड्ढे" नहीं पाए गए थे। इसके बाद, गड्ढों को उच्च शक्ति पर देखा गया और अंतर -शून्य शून्य दोष पाया गया। दोषों के माइक्रोस्ट्रक्चर फ़ोटो को चित्र 4 में दिखाया गया है। कुछ अध्ययनों का मानना ​​है कि "गड्ढे" घटना जंग से संबंधित है, और "गड्ढे" घटना अधिक स्पष्ट हो जाती है क्योंकि संक्षारण समय बढ़ता है; कुछ अध्ययनों का मानना ​​है कि "गड्ढे" अशुद्धता तत्व Fe की उच्च सामग्री से संबंधित हो सकता है। हालांकि, उपरोक्त दृष्टिकोण अल्ट्रासोनिक परीक्षण में अत्यधिक दोष तरंगों की घटना और उच्च-शक्ति विश्लेषण में पाई जाने वाली शून्य घटना की घटना को समझाना मुश्किल है।

बड़ी संख्या में इंजीनियरिंग प्रथाओं ने साबित कर दिया है कि TA7 का फोर्जिंग प्रक्रिया प्रदर्शन अन्य टाइटेनियम मिश्र जैसे TC4 और TC11 की तुलना में बदतर है। यह अन्य टाइटेनियम मिश्र धातुओं की तुलना में फोर्जिंग प्रक्रिया के दौरान क्रैकिंग के लिए अधिक प्रवण है, और दरार प्रसार दर तेज है। टाइटेनियम और एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं जैसे धातु सामग्री को बड़े उपभेदों (जैसे कि सुपरप्लास्टिक गठन) से गुजरने पर ढीलेपन, voids और यहां तक ​​कि फ्रैक्चर को प्रेरित करने के लिए प्रवण होता है। TA7 टाइटेनियम मिश्र धातु में voids बड़े उपभेदों से प्रेरित हैं। उच्च तनाव दरों के तहत, TA7 टाइटेनियम मिश्र धातु का प्रवाह तनाव स्थैतिक स्थितियों की तुलना में काफी बढ़ जाता है, लेकिन प्लास्टिसिटी काफी कम हो जाती है; जैसे -जैसे तनाव दर बढ़ती है, प्रवाह तनाव तनाव बढ़ता है, लेकिन एक महत्वपूर्ण तनाव दर है। जब महत्वपूर्ण मूल्य पार हो जाता है, तो सामग्री फ्रैक्चर होगी; जब तनाव दर महत्वपूर्ण मूल्य तक पहुंचती है, तो सामग्री में एक एडियाबेटिक कतरनी बैंड उत्पन्न होता है, और बैंड में सूक्ष्म-शून्य बनता है। बाहरी तनाव की कार्रवाई के तहत, voids धीरे-धीरे इकट्ठा होते हैं और बढ़ते हैं और यहां तक ​​कि सूक्ष्म-दरारें बनाते हैं। माइक्रोवॉइड हमेशा अधिकतम कतरनी विरूपण बैंड के साथ बनते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि स्थानीयकृत विरूपण में, अधिकतम कतरनी बैंड हिंसक रूप से विकृत हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक उच्च तापमान होता है, जो बैंड में सामग्री को नरम करता है और दरारें और voids जैसे दोषों के लिए एक आदर्श स्थान बन जाता है। फोर्जिंग प्रक्रिया के दौरान, TA7 बार के केंद्रीय क्षेत्र की विरूपण सबसे बड़ा है, विरूपण गर्मी का प्रसार सबसे धीमा है, और विरूपण तापमान उच्चतम है। इसलिए, बड़े विरूपण के दौरान voids सबसे अधिक दिखाई देने की संभावना है।

अध्ययनों से पता चला है कि धातु सामग्री की प्लास्टिक विरूपण संगठनात्मक आकारिकी में परिवर्तन, मुख्य रूप से अनाज की वृद्धि, समान अनाज बढ़ाव, अनाज रोटेशन और स्लाइडिंग, अव्यवस्था प्रसार, गतिशील वसूली और पुनरावर्तन, और शून्य न्यूक्लिएशन और विकास में परिवर्तन के साथ है। अनाज की सीमा स्लाइडिंग प्लास्टिक विरूपण का मुख्य तंत्र है। अनाज की सीमा स्लाइडिंग स्थानीय तनाव एकाग्रता का कारण बन सकती है और अनाज की सीमा फिसलने की आगे की घटना में बाधा डाल सकती है। जब तनाव एकाग्रता को अव्यवस्था आंदोलन द्वारा समाप्त नहीं किया जा सकता है, तो शून्य न्यूक्लिएट होगा और फिर बढ़ेगा। त्रिकोणीय अनाज की सीमा पर अधिमानतः शून्य न्यूक्लियेट्स। जैसे -जैसे विरूपण बढ़ता जाता है, शून्य बढ़ने लगता है, और शून्य एक समान अवस्था में नहीं बढ़ता है, लेकिन एक अण्डाकार तरीके से बढ़ता है। Voids अनाज की सीमाओं को फैलाना आसान है जो समानांतर तन्य तनाव को साझा करते हैं, इस प्रकार तन्यता तनाव की दिशा में एक दिशात्मक रिक्ति प्रवाह बनाते हैं, जो लगातार शून्य के केंद्र की ओर इकट्ठा होता है, जिससे शून्य तन्य दिशा के समानांतर बढ़ने की अनुमति देता है। बड़ी संख्या में साहित्य का उल्लेख है कि इस मिश्र धातु की फोर्जिंग प्रक्रिया के दौरान "पिटिंग" और voids दिखाई देते हैं। "पिटिंग" के गठन तंत्र के विश्लेषण और TA7 टाइटेनियम मिश्र धातु के शून्य दोषों के विश्लेषण के माध्यम से, हमने Ta7 टाइटेनियम मिश्र धातु फोर्जिंग में शून्य दोषों को रोकने के लिए प्रभावी तरीकों के एक सेट को संक्षेप में प्रस्तुत किया है, जो कि प्रत्येक आग की विरूपण राशि को कम या उसके बराबर करने के लिए है, जो कि ह्यूड्रॉल को नियंत्रित करता है, और विशेष रूप से उपयोग करें, और विशेष रूप से उपयोग करें, और विशेष रूप से उपयोग करें, और विशेष रूप से उपयोग करें। फोर्जिंग, जिसने उत्पादन में अच्छे परिणाम प्राप्त किए हैं।

4। निष्कर्ष

वर्तमान में, टाइटेनियम मिश्र धातुओं में आम फोर्जिंग दोषों में मुख्य रूप से ओवरहीटिंग और असमान संरचना, voids, दरारें आदि शामिल हैं। ये दोष आमतौर पर टाइटेनियम मिश्र धातु उत्पादों के माइक्रोस्ट्रक्चर निरीक्षण या अल्ट्रासोनिक परीक्षण में खोजने के लिए आसान होते हैं। वे मुख्य रूप से टाइटेनियम मिश्र धातु उत्पादों की फोर्जिंग प्रक्रिया के दौरान प्रक्रिया मापदंडों के अनुचित नियंत्रण के कारण होते हैं। इसलिए, फोर्जिंग प्रक्रिया में, टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री की विभिन्न विशेषताओं के अनुसार फोर्जिंग के बाद उचित विरूपण दर (फोर्जिंग उपकरण), ताप तापमान, प्रति दरार की विरूपण राशि और ठंडा करने की गति का चयन करना आवश्यक है।