Gr12チタン材の塑性加工

Gr12チタン材のインゴットを塑性加工法により半製品に加工する工程は、チタン材の準備工程の一つです。 鍛造、圧延、押出、延伸などの業界で一般的に使用されるプロセスにより、さまざまな仕様の板、棒、線、パイプ、鍛造品を生産できます。 その処理フローを図に示します。 チタン材料の塑性加工特性は、耐変形性、室温での低い可塑性、降伏限界と強度限界の比率が高く、変形反発性、変形プロセスが金型と結合しやすいなどです。
加熱 チタン材は温度が上昇すると変形抵抗が低下し、温度が上昇すると可塑性が増加します。 特に高合金鉄合金の場合、加熱変形が主な変形モードとなります。 インゴットオープンビレット鍛造では、加熱が必須の工程となります。 チタンは熱伝導率が低いため、インゴット内に大きな熱応力が発生しないように、加熱工程において温度上昇速度を制御する必要があります。 一部の高度に合金化されたインゴットでは、この熱応力により亀裂が発生する可能性があります。 抵抗炉や火炎炉の加熱時間は、一般的に断面サイズ1min/mmに基づいて計算されます。 高度に合金化されたインゴットの場合は速度が遅くなります。 このため、分割加熱がよく使用されます。 誘導加熱を使用すると、所要時間が大幅に短縮されます。 チタン素材は化学的に活性であり、加熱すると酸素、窒素、水素を容易に吸収します。 空気中で加熱すると、ビレットの表面に酸化皮膜と空気吸収層が形成されます。 空気吸収層が厚すぎると変形時にクラックが発生し、品質が低下します。 チタン材の水素吸蔵量が基準値を超えると、今後の使用において水素脆化が発生する可能性があります。 加熱時の酸化を抑えるには保護コーティングが有効です。 水素の吸蔵を防ぐため、加熱には電気炉などの中性雰囲気炉を使用するのが最適です。 火炎炉で加熱する場合は、若干の酸化性雰囲気になるように炉を制御してください。 チタン素材を加熱した際、酸化鉄や鉄骨などと接触・摩擦すると、局部的に溶解したり、場合によっては焼き付く場合があります。

チタン材の塑性加工
鍛造とはチタンインゴットを中間ビレットに加工する加工のことで、一般にオープンビレット鍛造と呼ばれます。 同時に、鍛造は棒、鍛造品、落とし鍛造部品、その他の製品の製造のための独立したプロセスとしても使用されます。 鍛造設備は一般的に鍛造ハンマーや油圧プレスに使用されますが、高速鍛造機や精密鍛造機も使用できます。 オープンビレット鍛造の温度は一般にα相領域で選択され、その後の鍛造はα- -相領域の上部で選択される必要があります。 火災変形は30％～70％程度です。 チタン合金の特性が組織に敏感であることを考慮すると、鍛造プロセスの開発では、組織の全体的な最高のパフォーマンスを得るために最適な再結晶条件を作り出すことができる必要があります。 チタン素材は加熱や変形において、変形熱が大きく影響します。 自身の低い熱伝導率の影響下で熱によって生成される局所的な激しい変形領域は、局所的な過熱を引き起こし、組織を劣化させます。 ただし、変形速度を制御して変形を均一にできれば、変形熱は再び加工に有利になります。 鍛造における変形抵抗は、変形速度が大きくなるほど急激に増加します。 同じ温度で鍛造する場合、油圧プレスよりも鍛造ハンマーの方が必要なエネルギーが大きくなります。 変形率は材料の可塑性にも影響します。 近年では従来の鍛造に加え、B鍛造やニアネットフォーミング技術も開発されています。
押出成形 押出成形法では、チューブ、バー、プロファイルが製造されます。 チタン素材は押出時に金型にくっつきやすい素材です。 潤滑が悪いと金型を傷めるだけでなく、押出成形面に縦方向の「溝」欠陥が発生します。 一般的に使用される潤滑方法は、ガラス潤滑剤または金属スリーブでコーティングされるか、グラファイトベースの潤滑剤でコーティングされます。
板、帯、箔圧延 熱間圧延、温間圧延、冷間圧延の3つの方法があります。 p 型チタン合金に加えて、熱間圧延は通常 n 相または aB 相 gi 左線で行う必要があります。 熱間圧延温度は鍛造温度よりも50-100度低くなります。 2～5ラムの厚板は温間圧延加工に使用でき、それより薄いサイズの板は冷間圧延加工に対応します。 2つの焼鈍の間の冷間圧延は15％から60％の変形をします。 プレートの品質を確保し、圧延プロセスをスムーズに行うために、焼鈍や表面処理などのプロセスの途中で使用する必要があります。 ストリップ圧延、連続酸洗い、連続焼鈍などの装置を使用すると、ロールあたり数トンのチタン ストリップ コイル重量を製造できます。
管圧延 厚肉管は押出法または傾斜圧延法で製造できますが、小径の薄肉シームレス管は冷間圧延または延伸する必要があります。 チタン合金は冷間状態での可塑性が限られており、ノッチが発生しやすく、加工硬化が容易で、金型が固着しやすいです。 チタン合金チューブの圧延を改善するために、温間圧延プロセスを使用できます。 圧延管の品質は肉厚減少率と直径減少率の比率に大きく依存し、前者が後者よりも大きいほど良質な管が得られます。 さらに、ビレットとして圧延された薄帯コイルは、薄肉溶接管に切断、巻き取り、溶接する溶接管機械シリーズで、電力、化学産業でも広く使用されています。