チタン合金鍛造割れの7つの主な種類と原因を防ぐには？

低密度、高強度、耐高温性、耐食性、非磁性、生体適合性などの優れた総合性能を備えたチタン合金は、現代の航空宇宙、兵器、化学、石油、医療、原子力などの分野で応用が広がっています。より広く使用されており、そのほとんどは棒、鍛造、圧延プロファイルなどのチタン合金の変形に使用されます。鍛造変形は、チタン合金材料の理想的な組織と特性を確保するための重要な手段ですが、チタン合金の鍛造、特にインゴットから棒ビレットの製造プロセスでは、さまざまな形態の割れが発生することが多く、単に強度を高めるだけでなく、生産と製造のコストだけでなく、生産効率と材料の比率も低下し、製品の廃棄が深刻になります。これを考慮して、本論文は、チタン合金の鍛造プロセスで長年にわたって発生する割れ現象を分析および要約し、チタンの生産効率と製品品質を確保するために、割れを防止および解決するための対策を提案します。合金鍛造。
1、チタン合金鍛造割れの分類と原因
1.1 端面割れ
端面割れとは、チタン合金の鍛造工程においてビレットの端面に発生する割れの一種で、一般に割れは大きく、発生しやすいものです。端面割れの影響は大きく、工程によっては鍛造を続行できなくなる場合が多い。端面割れの主な原因は次のとおりです。 ① インゴットの頭部の収縮穴または冷間偏析の端部が完全にきれいではありません。 ②据え込み加工、ビレット端面とアンビルの接触熱が吸収され、長い工程で引っ張り、ビレット端面の膨らみが急速に冷却される。 ③ 押出方向が異なると端面の位置が異なり、変形が均一でないか、長時間引っ張ると変形速度が速すぎます。 ④ビレットの一部の変形抵抗が大きく、可動性が悪く、中心部の端が凹んでいる。
1.2、折り曲げ亀裂
折り畳み割れは主に 3 種類のケースがあります。 まず、原材料のチタン合金インゴットの高さと直径の比が 2.5 以上であるか、またはインゴットの中央でインゴットをサンプリングし、残留サンプリング溝、据え込みおよび折り畳み。第二に、亀裂の中央部分でビレットを鍛造し、深い穴に研削し、据え込み加工と再び折り曲げるプロセス。第三に、バンプやクレーターの鋭い角によって生成されるその他の補助的なプロセスは、研削放電傷害の規定に従っていません。図 1(a) は、研削後の深いピットによる TB6 チタン合金ビレットの中央部分の折れ曲がりを示しています。図 1 (b) TC4-LC チタン合金ビレットの鋸引きを斜めにして切断し、180 度回転して鋸引きを続けます。残った鋭利なエッジの中央の鋸表面は研磨せず、その後、長さ分を引っ張ります。さらに深刻な折り畳みが発生しました。
1.3 引き裂き
引き裂きは、チタン合金ビレットの横方向の亀裂の一種で、長さや変形時にビレットが局所的に引き裂かれる現象です。鍛造引き裂きは研削量が増加し、材料の材料比率が低下しますが、成形プロセスでの引き裂きが深くなると、ブランクが製品の加工サイズ要件を満たせなくなり、スクラップが発生する可能性があります。引き裂きの主な原因は、1 回のパスでの量が大きすぎる (片面が 50 mm を超える) か、速度が速すぎることです (図 2 (a) は、TB6 チタン合金スラブの引き裂きの場合)。第二に、エッジの湾曲を長期間使用したことによるハンマーアンビルの変形が十分に滑らかでないか、ハンマーアンビルの予熱温度が十分ではなく、圧力下での定期的な変形もビレットの裂けにつながります。さらに、一部のステップシャフトバーまたはステップ付き鍛造では、間違ったプラットフォームの局所的なサイズの差が大きいため、長い鍛造品を引っ張ると裂ける可能性が高くなります。図 2(b) は TC4-DT チタンの場合引き裂き時の合金鍛造ステップ。

1.4、内部亀裂
内部割れとは一般に、鍛造工程におけるチタン合金ビレット内の単一点の連続的または断続的な連続割れを指します。これは通常発見が困難であり、低検査または超音波探傷によって検出する必要があります。このタイプの亀裂は金属の連続性を破壊するため、廃棄するしかありません。内部亀裂の原因は 2 つのカテゴリに要約できます。まず、一部のチタン合金材料にはタングステン、モリブデン、ニオブやその他の高融点金属元素が含まれており、より深刻な偏析、介在物またはルース、低温偏析、およびその他の冶金学的欠陥が局所的に存在します。亀裂の原因となる鍛造および変形プロセス。第二に、一部の小規模な仕様（準90 mmまたはФ90 mm以下）のチタン合金材料の場合、高速冷却の長いプロセスを引き、反転刃の温度が低いか反転鍛造する必要があり、ビレットの局所的な温度勾配があり、製造が容易です。内部の亀裂。図 3 は、2 番目のケースを分析した後、内部破壊形態の位置の中心付近で見つかった TA15 チタン合金準Ф85mm 仕上げ棒の探傷結果です。

1.6.脆性亀裂
高温で変形しにくいチタン合金材料自体の可塑性が低く、プロセス管理が不適切で、重度の脆性亀裂を引き起こしやすく、亀裂が深く、除去が困難です。最終鍛造温度の鍛造プロセス要件を下回ると、より高い圧力がかかったビレットは脆性亀裂を生じやすくなります。一部の高温チタン合金材料には、200〜300度の低温炉や分割加熱プロセスが不合理であり、チタン合金の熱伝導率が低いため、温度が速すぎ、加熱プロセスが不十分になります。ビレットの端部と中間部、表面と中心部は大きな温度勾配が存在し、鍛造品からは深刻な亀裂が発生します。図5(a)は、加熱プロセスを分析した後、加熱プロセスが速すぎると、高温チタン合金試験材料に亀裂が発生し、ほぼ2つの部分に割れた様子を示しています。図 5 (b) は、不適切な冷却操作の結果として分析された、脆性亀裂中に発生する Ti3Al インゴット鍛造プロセスを示しています。設備の故障により、空冷での鍛造が停止し、断熱綿で包まれたインゴット部品をクランプする作業機の清掃が時間内に行われず、インゴットの冷却が不均一で、材料は加熱および鍛造中の温度にさらに敏感です。断熱綿で包まれたインゴットの縁に亀裂が入ります。
1.7、本体の表面亀裂
インゴットの冶金品質が悪く、表面欠陥が十分に除去されていなかったり、加熱処理が不当であったりして、鍛造工程でビレット表面にクラックが発生します。一般エリアは比較的広く、深刻な被害が発生しています。図 6 は、TC4-LC チタン合金インゴットの最初の火引き加工における入原料処理で、深刻な亀裂の側面のヘッド位置付近 (図のボックス) で、インゴットの溶解品質の炉番号を分析した後、不良の場合、インゴット表面の低温偏析と皮下の空気穴が原因で浄化されません。会社のチタン合金試験材インゴット鋳造の最初の火造り鍛造では、本体の亀裂は深刻で、試験材の相変化点1020度の分析後、開口温度はわずか1050度で、加熱温度は低く、鋳造状態の組織の塑性は劣っており、深刻な亀裂が発生した後、1150 度まで温めてビレットを再度開くと、亀裂は大幅に減少します。
2、チタン合金の鍛造割れ特性
2.1 重大な危害
チタン合金の亀裂は深刻な危険であり、研削作業者の労働強度を高め、生産効率を低下させるだけでなく、製品の歩留まりも低下させます。より深く研削することによる重大な亀裂の一部は、焼成回数の増加、トリミングの必要性、製造コストの増加、硬化プロセス仕様の違反による製品のバッチ生産の場合、製品の品質変動を引き起こしやすくなります。より深刻な鍛造亀裂は、製品の出荷サイズや重量の要件を満たせないため、製品の陳腐化につながる可能性があります。
2.2、先天性
Ti3Al、Ti2AlNb、IMI 834、および変形が難しい高温チタン合金の一部の新しいコンポーネントの場合、独自の構造的および組織的要因により、変形能力が低く、亀裂が発生しやすくなります。特定のチタン合金インゴットの冶金的品質は低く、偏析、介在物、皮下の多孔性または冷間偏析およびその他の冶金的欠陥があり、その後の鍛造プロセスで多重耐火割れが発生しやすく、除去するのがさらに困難です。
2.3 修理や研磨が難しい
研削が困難なチタン合金の亀裂: ① 亀裂は除去する必要があり、研削幅と深さの比を 10 以上に制御し、より多くの量を研削する必要があります。 ② チタン合金の塑性不良の一部、ビレットの研削による局所的な温度上昇、温度勾配の存在、応力の役割による冷却、亀裂は広がり続けます、つまり、研削中に亀裂が発生します。 ③ 一部の小さなサイズのチタン合金棒または鍛造品は、小さなサイズの重量のため、研削の修正が容易ではありません。 ④ 一部の長い棒材や鍛造品の端に亀裂が生じると、垂直に研磨する必要があり、作業が難しく、安全上の危険が生じます。 ⑤ 成形品によっては形状や大きさが不規則で、内部亀裂の研磨から始める場所がない。
2.4 難しい検査
チタン合金の亀裂は検査が難しい特徴があります。①亀裂は全数検査が必要であり、検査作業負荷がかかります。 ②亀裂が小さくなり、研削粉で覆われやすくなり、検査員は肉眼で完全に除去するかどうか判断できません。 ③ 不規則な形状、亀裂の検査はより困難です。 ④ ビレットの内部または皮の下に亀裂が発生し、肉眼では見えません。通常は完成品検査または低検査で、手遅れになると発見されます。 ⑤ 形状や大きさが不規則なので内部亀裂が入りやすいが、亀裂が見つからない。 ⑤ 形状や大きさが不規則なので内部亀裂が入りやすいが、亀裂が見つからない。 ⑤ 形状や大きさが不規則で内部に亀裂が入りやすいが、亀裂が見つからない。 ⑤ ビレットの着色貫入試験前に亀裂や変形が発生しやすく、検査員の作業の難易度が高くなります。
3、チタン合金鍛造のクラック防止と解決
上記7種類のチタン合金の割れ形態、原因、特徴に応じて、割れ事例と組み合わせて、ターゲットを絞った予防策を開発します。同時に、主要な設備が完璧な動作状態にあることを保証するために、スタッフの操作レベルの向上と暗黙の理解を重視する必要があり、適切な研削、検査仕様の開発と厳格な実施、重要なポイントと重要な事項の管理に注力する必要があります。詳細。

3.2 折れ・割れ防止
まず、原料のチタン合金インゴットまたは中間プロセスビレットの高さ対直径比を2.5以下に制御し、より適切な高さ対直径比の範囲は1.8〜2.3です。第二に、インゴット残留サンプリング溝の中間部分と機械のビレット折り曲げ亀裂部分またはサンディング処理を必ず行って、幅と深さの比率が10以上が適切な範囲で丸く滑らかにします。第三に、バンプやクレーターの鋭いコーナーによって発生するソーイング、機械加工、およびその他の補助的なプロセス (位置決め穴の加工など) が、ビレットのステップと同様に研削オフの内部管理要件に従っていることを確認してください。図7に示すように、位置決め穴などは鍛造を続ける前にきれいに研磨する必要があります。
3.3 破れ防止
まず、高速鍛造機は圧力制御20〜30mmの範囲で片側を鍛造します。圧力速度は速すぎてはなりません（5〜10mm / sが適切です）。第二に、ハンマーアンビルのエッジの曲率がR40mm以上であることを確認し、加工を維持するために適時に変形が発生し、アンビルが事前に300〜400℃に予熱されていることを確認します。第三に、シャフトバーのステップまたはステップ鍛造の場合、鍛造時のステップ鍛造は必ずノックスティックで軽い圧力を使用し、その後ハンマーをゆっくりと押し下げ、単一ハンマーの変形を30 mm以内に厳密に制御する必要があります。裂けが発生した場合は、ハンマーを修理するか、研削に間に合うように鍛造を停止する必要があります。
3.4、内部クラックの防止
まず、タングステン、モリブデン、ニオブなどの高融点金属元素を含むチタン合金材料については、ソースから開始し、インゴットの溶解プロセスの研究を強化し、溶解技術のレベルを向上させ、偏析、介在物、ルースまたはコールドを減少または排除する必要があります。偏析およびその他の冶金学的欠陥。第二に、小型のチタン合金ビレットの場合、絞り加工は適時に面取りを行う必要があり、鍛造ヘッドの端部がビレットを締め付けないようにする必要があり、条件が許せばすぐに炉に戻して鍛造する必要があります。
3.5 縦割れの防止
まず、チタン合金ビレットの引き抜きプロセスはタイムリーに面取りされ、鋭いエッジ、黒いエッジの出現を防ぎます。第二に、温度に敏感な一部の高温チタン合金鍛造品は、空冷またはカバー断熱綿冷却後に、空冷、水冷、油冷などの急冷方法を使用しないようにしてください。
3.6 脆性亀裂の防止
高温のチタン合金材料の変形が難しい場合は、「パッケージ綿鍛造」を使用する必要があります。つまり、ビレットを規定の保持時間まで加熱し、ビレットを取り外し、断熱綿の層（厚さ約10mm）で包みます。 、ガラス保護剤の層を均一に振りかけます）、炉に戻って加熱を続けます（ビレットとパッケージコットンのサイズに応じて時間は速く、ゆっくりと）、鍛造から出て、適時にカバーの熱を高めるプロセス絶縁綿、ビレットの温度を最小限に抑え、ビレットの温度を最小限に抑えます。綿、ビレット温度の損失を最小限に抑え、鍛造プロセス中の温度が常に最終鍛造温度を超えるようにすることで、実際の操作により亀裂が大幅に減少することがわかります。さらに、このタイプのチタン合金加熱は、ビレットが均一に加熱されるようにし、温度勾配を減らすために、200〜300度の低温炉、多段階加熱、ゆっくり加熱（50〜100度/時間）を使用する必要があります。さまざまな部分で。最後に、鍛造プロセスでは材料の落下が禁止され、ワー​​クピースとの激しい衝突が回避されます。冷却プロセスはゆっくりと均一です。カラー浸透テスト等のためクラック研削済み。
3.7、表面割れ防止
まず、インゴットの冶金的品質の低下によって引き起こされる表面亀裂は、インゴットの冷間偏析、皮下多孔性、その他の冶金的欠陥を完全に除去する必要がある前に、溶解プロセスの研究を強化し、溶解レベルを向上させて鍛造する必要があります。第二に、加熱鍛造プロセスを策定する際には、供試材の加熱温度が低いと重大な割れが発生するという教訓を深く要約し、プロセスが最適であることを保証するためにさまざまな要素を総合的に考慮する必要があります。
4,結論
(1) チタン合金の鍛造割れには、端割れ、折り割れ、引き裂き、内部割れ、縦割れ、脆性割れなどが含まれ、その形態と制御可能な原因は様々です。そして、先天性、遺伝性、修理や研磨が難しく、検査が難しいという深刻な危険性を特徴としています。
(2) チタン合金鍛造品の割れを軽減・回避するには、予防に主眼を置き、合理的かつ実行可能な予防策を開発する必要がある。同時に、鍛造、研削、検査などの重要なプロセスが管理下にあり、対策の重要な管理ポイントが厳格に実行されていることを確認する必要があります。