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Proceso
Forjado de Titanio: Los Parámetros que Deciden el Futuro del Lingote
La forja del titanio es un proceso de ventana estrecha. Caliéntelo demasiado por encima del transus beta y el grano beta crece sin límite que el trabajo posterior pueda deshacer. Trabájelo muy poco y la estructura permanece gruesa. Transfiéralo demasiado lentamente y la superficie se contamina antes de que el dado lo toque. Los parámetros no son independientes y no son indulgentes.
La forja es un proceso de ventana estrecha. Envíe el dibujo con la indicación de la propiedad y el requisito de inspección, y la ruta se le comunicará por escrito. Solicitar un presupuesto de forja
El transus y las dos ventanas
Cada aleación de titanio tiene una transus beta: la temperatura a la cual la fase alfa hexagonal se transforma completamente en beta cúbica centrada en el cuerpo. Para la aleación alfa-beta estándar Ti-6Al-4V se encuentra cerca de 995 °C, y la cifra exacta varía con el contenido intersticial, lo cual es una de las razones por las que la química de un lote importa tanto como su grado.
Dónde se realiza la forja en relación con esa línea es la primera decisión, y es un comercio genuino en lugar de una preferencia.
| Forjado alfa-beta (por debajo del transus) | Forjado beta (por encima del transus) | |
|---|---|---|
| Estructura producida | Alfa equiaxial o bimodal en una matriz beta transformada | Granos beta gruesos, completamente transformados, colonizados |
| Equilibrio entre resistencia y ductilidad | La combinación más fuerte a temperatura ambiente; la elección habitual para piezas estructurales | Mayor resistencia al fluencia y mejor tenacidad a la fractura en la dirección correcta; menor ductilidad |
| Formando cargas | Más alto — la aleación es menos indulgente y resiste el flujo | Más bajo: la beta es más suave y fluye más fácilmente, lo que se adapta a formas complejas de troquel |
| Riesgo | Subforjado, con el trabajo nunca alcanzando el núcleo | Crecimiento de grano descontrolado, que no se puede recuperar mediante el trabajo posterior alfa-beta |
| Donde se elige | La mayoría de las forjas estructurales, discos, cubos | Partes donde domina la fluencia o la tolerancia al daño, y secciones gruesas donde el límite es el llenado del troquel |
Relación de reducción
La estructura solidificada de un lingote debe ser descompuesta antes de que valga algo como forja. La medida es la relación de reducción acumulativa desde el lingote hasta la pieza terminada, y es importante porque es el mecanismo que cierra la porosidad, refina la estructura y homogeneiza la química.
- La reducción es una total, acumulado a lo largo de toda la secuencia de conversión —no en la última pulsación. Alterar y estirar en direcciones alternas es lo que descompone la estructura del molde en tres dimensiones; trabajar repetidamente en una sola dirección solo la alinea y alarga.
- Un lingote con conversión insuficiente no puede ser rescatado corriente abajo. Ninguna pasada final de forja recupera una estructura que nunca fue refinada.
- Para las piezas críticas, la relación de reducción se especifica en la orden de compra y se verifica a partir de la tarjeta de ruta de la fábrica, no se infiere a partir de las dimensiones terminadas.
Control de temperatura y los minutos entre el horno y el molde
El horno es la parte fácil. La parte difícil es todo lo que sucede después de que se abre la puerta.
- Uniformidad del horno. Una inmersión que es correcta en el termopar y fría en la parte posterior de la carga produce una forja que está parcialmente en una ventana y parcialmente en otra. Las encuestas de uniformidad y la colocación correcta del termopar importan más que el punto de ajuste.
- Tiempo de transferencia. La superficie del lingote se enfría rápidamente, y el titanio caliente absorbe oxígeno. Una transferencia lenta produce una capa alfa en la superficie antes de que el dado la toque — una capa dura y frágil que debe ser removida y que puede ser empujada hacia la superficie si se trabaja en su lugar.
- Temperatura del dado. Los troqueles fríos enfrían la superficie del lingote y aumentan el esfuerzo de flujo donde se establece el contacto por primera vez, que es exactamente donde se encuentra el detalle del troquel. Calentar el troquel no es una medida de comodidad.
- Múltiples carreras. Cada ciclo de recalentamiento aumenta el crecimiento del grano y añade óxido. El número de recalentamientos es una decisión del proceso con una consecuencia estructural.
Enfriamiento y lo que sigue
La velocidad de enfriamiento desde la temperatura de acabado determina cuánto beta se retiene y cómo se distribuyen las fases, y por lo tanto forma parte de la especificación en lugar de ser un añadido posterior. El enfriamiento al aire es normal para forjas alfa-beta; un enfriamiento más rápido cambia la estructura y, con ella, la respuesta posterior al envejecimiento. Lo que sigue —recocido, alivio de tensiones o tratamiento en solución y envejecimiento— se elige para coincidir con la ruta de forja, no se aplica por defecto. Un tratamiento térmico escrito para una barra laminada no es automáticamente correcto para la misma aleación como forja.
Troquel abierto y troquel cerrado
- Abrir el dado produce un blanco trabajado: barra, disco o bloque, con la estructura refinada por reducción pero la forma aún por establecer mediante mecanizado. Es la ruta adecuada para piezas únicas, para piezas grandes y para cualquier cosa donde la forma final aún no esté definida.
- Matriz cerrada produce forma casi neta con flujo de grano que sigue el contorno de la pieza. Necesita herramientas, una prensa de capacidad adecuada y un lote lo suficientemente grande para soportar ambos. Todo el reborde, el desmoldeo y los radios de las esquinas deben diseñarse para un material que resiste el flujo a la temperatura de forjado mucho más que el acero a la suya.
Lo que hereda la parte terminada
La razón por la que todo esto pertenece a la consulta y no al taller del proveedor es que la vía de forjado establece propiedades que el plano probará más adelante pero no puede crear: ductilidad a través del espesor, resistencia a la iniciación de fatiga en la superficie y la direccionalidad de la tenacidad. Si esos son requisitos, deben cumplirse mediante la vía, y la vía debe elegirse antes de cortar el lingote.
Envíe el dibujo con la llamada de la propiedad, el requisito de inspección y la cantidad, y nosotros indicaremos la ruta y su base por escrito con el cotización. Las formas del material y el stock disponible se enumeran en el forjas de titanio página.
Preguntas frecuentes
Preguntas frecuentes
¿Qué es el beta transus y por qué es importante para la forja?
Es la temperatura a la que la fase alfa se transforma completamente en beta, cerca de 995 °C para Ti-6Al-4V, variando con el contenido de intersticiales. Forjar por debajo de ella produce una estructura fina equiaxial o bimodal con la mejor combinación de resistencia y ductilidad a temperatura ambiente. Forjar por encima de ella hace que el metal fluya más fácilmente, lo cual es adecuado para matrices complejas, pero el grano beta crece rápidamente y la estructura gruesa resultante no puede recuperarse con un trabajo posterior. Es la primera decisión en cualquier ruta de forja.
¿Por qué se especifica la relación de reducción en una orden de forjado?
Porque es lo que descompone la estructura fundida del lingote. La porosidad se cierra y la estructura se refina en proporción a cuánto se ha trabajado el material, y el trabajo debe hacerse en direcciones alternas para hacerlo en tres dimensiones en lugar de alargarlo en una. Un boleto que no ha tenido suficiente conversión no puede ser arreglado por una pasada final de forja, por lo que para piezas críticas, la proporción se indica en la orden y se verifica a partir de la tarjeta de ruta del molino.
¿Por qué importa tanto el tiempo de transferencia del horno a la prensa?
Porque el titanio caliente absorbe oxígeno del aire. Una transferencia lenta permite que se forme una capa superficial endurecida y oxidada antes de que el molde entre en contacto con la pieza — caso alfa. Si esa capa luego se forja en la superficie en lugar de limpiarse, se convierte en una inclusión de material frágil y enriquecido con oxígeno en la superficie de la pieza terminada, que es exactamente donde se inician las grietas por fatiga.
¿Puede un componente forjado ser tratado térmicamente de la misma manera que una barra del mismo grado?
No automáticamente. El tratamiento térmico correcto sigue la ruta de forjado y la velocidad de enfriamiento desde la temperatura de acabado, porque esos ya determinan cómo se distribuyen las fases. Un ciclo escrito para barra laminada puede dejar un forjado con el equilibrio incorrecto, o con propiedades que varían de la superficie al centro. Donde el tratamiento térmico es importante, indique las propiedades requeridas y deje que la ruta y el ciclo se especifiquen juntos.
Pregunta sobre la forja de titanio
Envíe el dibujo con la calificación y la especificación vigente. Confirmaremos el formato del material, la ruta del proceso, el plan de inspección y una fecha por escrito junto con la cotización.