Jaké jsou charakteristiky procesu zpracování za studena pro tyče a dráty z titanové slitiny?

 

The crystal-structural characteristics of titanium alloys result in far higher cold-working difficulty compared with ordinary carbon steels and copper alloys. For -type and + -type titanium alloys (Grade 1, 5. třída), počet provozuschopných skluzových systémů při pokojové teplotě je omezen; deformace snadno vytváří dvojčata a vede k vysoké rychlosti zpevnění. I když slitiny titanu typu mají relativně lepší tvárnost za studena, stále dochází při velké deformaci k dislokačnímu zamotání a zpevnění textury. Nesprávný výběr parametrů pro zpracování za studena může snadno způsobit přetržení drátu, poškrábání povrchu, praskání způsobené zbytkovým napětím, nadměrnou anizotropii mechanických vlastností a další vady.

 

 

1. Principy procesu

Tažení za studena: Polotovar je tažen skrz matrici pod vnější silou, aby se dosáhlo zmenšení průměru a prodloužení.

Rotační kování za studena: Vysokofrekvenční radiální zatloukání kladivy, vhodné pro přesné zmenšování průměru tyčí velkých rozměrů.

Válcování za studena: Tváření lisováním válců, většinou se používá u dílů speciálních tvarů a malých až středně velkých drátů.

 

2. Vlastnosti materiálu

Výrazné pracovní otužování. Jednoprůchodové zmenšení plochy se pohybuje od 10 % do 20 %. Nadměrná deformace způsobuje lámání materiálu a lepení matrice. + titanové slitiny vykazují silnější vytvrzení, zatímco slitiny titanu poskytují lepší plasticitu za studena.

 

Titan má vysokou povrchovou aktivitu a je náchylný ke svařování za studena a lepení matrice. Jsou vyžadována speciální tuhá maziva a předúprava polotovaru; schémata mazání orientovaná na ocel nelze přímo převzít.

Deformace za studena vytváří texturu drátu a přináší anizotropní mechanické vlastnosti. Žíhání může texturu pouze oslabit, než ji úplně odstranit.

 

Nerovnoměrná deformace zanechává zbytkové tahové napětí, zhoršuje odolnost proti korozi a únavové vlastnosti. Pro víceprůchodové zpracování se použije střední žíhání s odlehčením pnutí.

 

 

1. Zrna

Původní rovnoosá zrna se prodlužují a vytvářejí vláknité mikrostruktury. Při velké deformaci se podlouhlá zrna fragmentují a vytvářejí deformační podzrna. Hexagonální těsně sbalená (HCP) fáze kromě skluzu vytváří deformační dvojčata, která segmentují zrna a brání pohybu dislokace.

 

2. Dislokace

Deformace za studena zvyšuje hustotu dislokací a vytváří spleti dislokací, dislokační buňky a subzrna, které tvoří hlavní mechanismus zpevňování za studena.

 

3. Fáze

Deformace -titanových slitin je realizována skluzem a dvojčatěním -fáze. Deformace metastabilních -titanových slitin za studena může spustit → '' martenzitickou transformaci, která ovlivňuje pevnost a elasticitu. Stabilní slitiny titanu se deformují především dislokačním skluzem fáze a téměř neprocházejí fázovou transformací.

 

 

1. Celková deformace za studena

Zvýšená deformace za studena zvyšuje pevnost a tvrdost a zároveň snižuje plasticitu slitin titanu.

Nízká deformace za studena: Slabé mechanické zpevnění, mírný přírůstek pevnosti, příznivá plasticita, nízké zbytkové napětí a mírná textura. Vhodné pro spojovací dráty s vysokou plasticitou.

 

Mírná deformace za studena: Zvýšená pevnost a snížené prodloužení; vytváří se vláknitá mikrostruktura a zjevná textura. Toto je běžná procesní cesta pro vysoce pevné titanové dráty.

 

Velká deformace za studena: Masivní znásobení dislokací vede k podstatnému zlepšení pevnosti, doprovázenému zhoršenou plasticitou a zvýšenou křehkostí, stejně jako výrazným zbytkovým napětím a texturou. Používá se pouze pro malý počet vysoce pevných a vysoce elastických součástí a hotové výrobky vyžadují dostatečné žíhání pro odstranění pnutí.

 

2. Pass Allocation a Intermediate Annealing

Vzhledem k pevné celkové deformaci, tažení nebo válcování ovlivňují výtěžnost produktu a jednotnost vlastností. Velká jednoprůchodová deformace snadno způsobí koncentraci napětí a povrchové trhliny. Víceprůchodová deformace při malém přetvoření kombinovaná se středním žíháním zmírňuje mechanické zpevňování, usnadňuje tváření a poskytuje jednotnější vlastnosti materiálu.

Regenerační žíhání: Eliminuje zbytkové pnutí a částečně obnovuje plasticitu s malým snížením pevnosti, používá se hlavně pro odlehčení pnutí hotových výrobků.

Rekrystalizační žíhání: Plně změkčuje materiály pro následné tažení za studena. Příliš vysoká teplota nebo prodloužená doba držení způsobuje hrubnutí zrna, které snižuje pevnost a únavový výkon. Žíhání titanových slitin se musí provádět ve vakuu nebo v inertní atmosféře, aby se zabránilo absorpci vodíku a kyslíku, aby se zabránilo vodíkovému křehnutí a zhoršení houževnatosti.

 

3. Kvalita povrchu a výkon služeb

Škrábance, důlky a mikrotrhliny způsobené tvářením za studena mají tendenci iniciovat únavový lom a korozi pod napětím. Únavové vlastnosti titanových tyčí a drátů jsou vysoce citlivé na povrchové vady. Optimalizované mazání a kontrola stavu matrice zlepšují stav povrchu a prodlužují únavovou životnost. I drobné povrchové vady mohou výrazně snížit únavovou pevnost.

 

 

Přeběhnout	Hlavní příčiny	Kontrolní protiopatření
Zlomení drátu při kreslení	Nadměrná jednoprůchodová deformace, nahromaděné zpevnění, povrchové vady polotovarů, selhání mazání, vodíková křehkost	Snížit jednoprůchodovou redukci; zvýšit střední žíhání; leštění polotovarů pro odstranění povrchových defektů; přísně kontrolovat obsah vodíku
Poškrábání a loupání povrchu	Svařování za studena a lepení matrice mezi titan a matrice	Optimalizujte povrchovou úpravu polotovaru; přijmout matrice ze slinutého karbidu; kontrolní úhel kužele a povrchová úprava
Praskání vyvolané zbytkovým napětím	Nadměrné zbytkové tahové napětí po víceprůchodové deformaci	Proveďte střední žíhání s odlehčením od pnutí; ovládat rychlost chlazení
Nadměrná anizotropie vlastností	Textura intenzivní deformace	Přiměřeně kontrolovat celkovou deformaci; optimalizovat režim žíhání; v případě potřeby upravte počáteční prázdnou texturu

 

Reference

[1] Zhou Zongyi. Stav vývoje a metody zpevňování vysokopevnostních slitin titanu[J]. Journal of Beijing University of Technology, 2022.

[2] Sun Xiaoping. Mechanismus vývoje mikrostruktury a textury titanových slitin za synergické regulace válcování-tažení-žíhání-chlazení[J]. Vzácné kovové materiály a inženýrství, 2025.

[3] Dong Jie. Vliv výrobních procesů vysoce plastických tyčinek z titanové slitiny TC4 na mikrostrukturu a vlastnosti[J]. Metal World, 2021.

 

 

Ruihang, jako přímý výrobce titanových produktů, dodává suroviny optimální kvality pro vaši výrobu přesných součástí. Pokud máte nějaké požadavky na nákup tyčí/desek z titanové slitiny, neváhejte nás kontaktovat prostřednictvím e-mailu:Sam.Rui@bjrh-titanium.com