Kinerja penempaan titanium GR5 dalam proses pengepresan hidrolik dan proses penempaan palu tempa

Kata pengantar

Paduan titanium GR5 memiliki sifat komprehensif yang baik dan dapat digunakan di bidang luar angkasa, petrokimia, teknik kelautan, transportasi, dan bidang lainnya. Dengan pesatnya perkembangan industri kedirgantaraan Tiongkok, permintaan tempa paduan titanium GR5 juga meningkat. Oleh karena itu, Penelitian tentang penempaan paduan titanium GR5 menjadi sangat penting.

Penempaan adalah teknologi pemrosesan khusus yang secara signifikan dapat meningkatkan kekuatan dan kekerasan material logam. Keunggulannya adalah efisiensi produksi yang tinggi, biaya produksi yang rendah, dan kualitas produk yang baik. Seiring berkembangnya dan kemajuan teknologi tempa, teknologi tempa juga terus berkembang. dan kesempurnaan.

Dalam beberapa tahun terakhir, penempaan paduan titanium semakin banyak digunakan di bidang kedirgantaraan, dan persyaratan kinerjanya menjadi semakin tinggi. Cara menyiapkan tempa paduan titanium GR5 berkualitas tinggi dan berkinerja tinggi telah menjadi masalah mendesak di bidang kedirgantaraan.

Proses produksi tempa paduan titanium

Paduan titanium adalah bahan logam dengan sifat komprehensif yang sangat baik. Karena kepadatannya yang rendah, kekuatan spesifik yang tinggi, dan ketahanan korosi yang baik, bahan ini banyak digunakan di bidang kedirgantaraan, teknik kelautan, dan bidang lainnya. Saat ini, proses pembuatan paduan titanium terutama mencakup penempaan dan pengecoran, yang penempaannya dibagi menjadi penempaan dingin dan penempaan panas.

Penempaan dingin menggunakan palu tempa untuk memukul tempa paduan titanium secara vertikal pada suhu kamar, menyebabkan logam mengalir perlahan dan merata sepanjang penempaan, sehingga membentuk struktur mikro yang seragam di dalam penempaan. Keuntungan dari penempaan dingin adalah peralatan sederhana, kisaran suhu penempaan yang luas, cocok untuk produksi massal dan biaya produksi rendah; kekurangannya adalah proses penempaan yang rumit, ketahanan deformasi yang tinggi dan waktu penempaan yang lama.

 

Penempaan panas mengacu pada pembentukan sejumlah besar cacat struktur mikro dan struktural, seperti martensit, ferit, dll., di dalam penempaan melalui ekstrusi panas, penempaan isotermal, normalisasi isotermal, dan proses lainnya. Keuntungan dari penempaan panas adalah peralatan sederhana dan kemampuan menahan gaya deformasi besar dan suhu deformasi; kerugiannya adalah siklus produksi yang panjang dan efisiensi produksi yang rendah.

Selama proses penempaan paduan titanium GR5, karena koefisien muai panasnya berbeda dari bahan logam tradisional, ia memiliki kisaran suhu penempaan yang luas dan sifat pemrosesan panas yang baik.

Oleh karena itu, tempa paduan titanium GR5 umumnya diproduksi dengan cara ditempa. Untuk memastikan kualitas tempa paduan titanium GR5, umumnya dipanaskan hingga kisaran suhu proses sebelum ditempa menggunakan mesin press.

Untuk penempaan panas paduan titanium, saat ini terdapat dua metode utama: satu adalah memasukkan potongan yang ditempa ke dalam tungku pemanas dan memanaskannya hingga suhu proses sebelum menempa; yang lainnya adalah menempa paduan titanium dengan panas melalui penempaan cetakan panas. Diantaranya, hot die forging mengacu pada metode di mana paduan titanium yang telah dipanaskan hingga suhu proses ditempatkan ke dalam cetakan dan dibentuk melalui cetakan.

Keuntungan dari penempaan cetakan panas adalah ketahanan deformasi yang kecil dan deformasi yang seragam, yang dapat mengurangi cacat internal pada tempa dan meningkatkan kualitas dan kinerja tempa; kelemahannya adalah membutuhkan ketelitian dimensi dan ketelitian bentuk tempa yang tinggi.

Ada tiga metode utama penempaan panas paduan titanium: satu adalah penempaan kontinu, yang menggunakan mesin untuk menempa terus menerus, yang juga merupakan metode yang paling banyak digunakan saat ini; yang lainnya adalah penempaan semi kontinyu, artinya tempa berputar di dalam cetakan, tetapi tidak dapat dilakukan Penempaan terus menerus; yang ketiga adalah penempaan bebas, yaitu tidak dilakukan putaran selama proses penempaan, tetapi penempaan dapat ditekuk.

Observasi dan Analisis Organisasi

Mengamati struktur metalografi tempa paduan titanium GR5, terlihat bahwa struktur kasar setelah penempaan adalah martensit kolumnar hampir melingkar + sejumlah kecil austenit tertahan, sedangkan struktur tempa adalah martensit kolumnar hampir melingkar + sejumlah kecil austenit sisa. dari sisa austenit. Terdapat perbedaan yang jelas antara kedua benda tersebut, dan blanko mengalami penyusutan lateral yang besar setelah penempaan, yang mengakibatkan perbedaan ukuran lateral penempaan.

Selama proses penempaan, karena suhu tekan hidrolik yang tinggi, paduan suhu tinggi dengan cepat dipanaskan hingga di atas 1000 derajat, yang mengakibatkan kecepatan pemanasan penempaan yang berlebihan, pendinginan yang tidak memadai, dan oksidasi permukaan.

Pada saat yang sama, suhu penempaan yang berlebihan juga menyebabkan deformasi yang berlebihan selama proses penempaan pada mesin press hidrolik, dan oksidasi serta dekarburisasi terjadi selama pemanasan berikutnya. Kedua alasan ini menyebabkan perbedaan besar dalam dimensi lateral tempa.

Analisis struktur mikro tempa menunjukkan bahwa laju pendinginan pada proses penempaan relatif besar, sedangkan laju pendinginan blanko setelah penempaan mesin hidrolik relatif kecil. Kenaikan suhu yang berlebihan selama proses penempaan mengakibatkan perbedaan besar pada dimensi melintang tempa. Pada saat yang sama, selama proses penempaan, butiran penempaan juga tumbuh pada tingkat yang berbeda-beda.

Karena laju pendinginan blanko yang cepat setelah penempaan, ukuran butir penempaan sangat berbeda. Ukuran butir benda kerja yang ditempa selama proses penempaan jauh lebih besar daripada ukuran butir blanko setelah ditempa dengan mesin hidrolik; struktur mikro yang dihasilkan selama proses penempaan sebagian besar hampir berbentuk lingkaran dan berbentuk kolom. Martensit + sejumlah kecil austenit sisa; selama proses penempaan, butiran penempaan menjadi kasar dan tidak merata.

Karena suhu penempaan yang tinggi, paduan titanium GR5 memiliki kekuatan dan kekerasan yang tinggi pada suhu kamar, sedangkan suhu penempaan terlalu rendah, sehingga kemampuan deformasi plastis tidak mencukupi, pendinginan dan oksidasi tidak mencukupi.

Selain itu, karena suhu pemanasan yang tinggi dari mesin press hidrolik, oksidasi terjadi selama penempaan, dan kerak oksida muncul pada permukaan blanko akhir yang ditempa.

Eksperimen properti tarik

Sifat tarik paduan titanium GR5 pada suhu ruangan dipengaruhi oleh banyak faktor, termasuk komposisi paduan, ukuran butir, laju regangan, derajat deformasi, dll.

Pertama-tama, diameter tempa umumnya lebih kecil dibandingkan dengan batang canai panas. Suhu deformasi lebih rendah selama pemanasan tempa, dan sulit untuk mengontrol tingkat deformasi selama proses deformasi. Oleh karena itu, sifat tarik tempa sangat dipengaruhi oleh bahan dasar dan proses penempaan. Dalam kondisi yang sama, sifat tarik paduan titanium GR5 yang ditempa dengan pengepres hidrolik lebih baik daripada yang ditempa dengan palu tempa, tetapi ada masalah utama selama penempaan palu - deformasi kompresi panas.

Karena ada tingkat pemanasan dan pendinginan tertentu selama proses penempaan mesin press hidrolik, suhu deformasi dan laju deformasi dapat dikontrol dengan lebih baik selama perlakuan panas, sehingga memastikan plastisitas yang lebih tinggi. Karena suhu pemanasan yang lebih rendah dan laju pendinginan yang lebih cepat selama penempaan palu, plastisitas tempa tidak sebaik tempa tekan hidrolik.

Dalam kondisi yang sama, penempaan dapat secara signifikan meningkatkan sifat tarik paduan titanium GR5 lebih dari penempaan palu. Untuk penempaan paduan titanium GR5 dengan spesifikasi yang sama, sifat tarik penempaan tekan hidrolik lebih baik daripada penempaan palu; dalam kondisi yang sama, penempaan palu dapat secara signifikan meningkatkan sifat tarik paduan titanium GR5 dibandingkan penempaan tekan hidrolik.

Ketika kekuatan luluhnya sama, sifat tarik pasca penempaan paduan titanium GR5 yang ditempa dengan pengepres hidrolik lebih baik dibandingkan dengan paduan titanium GR5 yang ditempa dengan palu tempa. Hal ini karena tempa tekan hidrolik memiliki tegangan sisa internal yang kecil karena faktor-faktor seperti deformasi kecil, suhu deformasi rendah, dan laju deformasi lambat; dan sifat tarik paduan titanium GR5 yang ditempa dengan palu tempa setelah ditempa lebih baik dibandingkan setelah ditempa dengan pengepres hidrolik.

Hal ini karena ketika menempa dengan palu tempa, tegangan sisa yang besar dihasilkan selama proses penempaan dan palu, yang menyebabkan tegangan tarik yang besar di dalam material, sehingga mengakibatkan deformasi plastis yang besar pada material; Sedangkan pada saat penempaan dengan alat press hidrolik, pada saat proses penempaan logam berada dalam keadaan mengalir bebas dan tidak terdapat tegangan sisa di dalam material, sehingga menjamin derajat deformasi plastis material.

Analisis hasil kinerja uji mekanis

Nilai kekuatan dan perpanjangan sampel paduan titanium GR5 setelah ditempa dengan press hidrolik lebih besar dibandingkan setelah ditempa dengan palu tempa. Hal ini karena sejumlah besar elemen pengotor dihasilkan di dalam penempaan selama proses penempaan, dan keberadaan elemen pengotor tersebut menyebabkan paduan titanium GR5 mengalami deformasi. Rekristalisasi parah.

Selama proses penggulungan, karena tekanan penggulungan yang besar, fenomena konsentrasi tegangan terlihat jelas. Beberapa elemen pengotor diekstrusi ke bagian dalam paduan titanium GR5 dan membentuk fase kasar kaya Ti pada batas butir, yang menyebabkan sejumlah besar energi dihasilkan di dalam penempaan. Dislokasi dan kekosongan memberikan kondisi untuk deformasi lebih lanjut dari paduan titanium GR5.

Nilai kekuatan sampel paduan titanium GR5 setelah ditempa dengan palu tempa lebih rendah dibandingkan dengan sampel setelah ditempa dengan press hidrolik. Hal ini karena banyaknya dislokasi dan kekosongan yang terbentuk di dalam penempaan selama proses penempaan palu tempa, dan partikel-partikel kecil terbentuk pada batas butir. Fase kaya Ti menyebabkan rekristalisasi yang jelas pada paduan titanium GR5.

Terlihat bahwa karakteristik patahan sampel paduan titanium GR5 setelah ditempa dengan palu tempa adalah: patahan terutama ulet, ditambah dengan patahan getas lokal.

Hal ini disebabkan tingginya tekanan tempa pada proses tempa palu tempa, yang menyebabkan beberapa unsur pengotor membentuk fasa kasar kaya Ti pada batas butir. Pada saat yang sama, sejumlah besar dislokasi dan kekosongan dihasilkan selama proses penempaan palu tempa, menyebabkan perubahan nyata pada paduan titanium GR5. fenomena rekristalisasi.

Karena suhu penempaan yang rendah dan kecepatan penempaan yang cepat selama penempaan palu tempa, sejumlah besar sumber retakan, pori-pori, dan elemen cacat lainnya dihasilkan di dalam material, menghasilkan rekristalisasi paduan titanium GR5 yang jelas.

Prospek aplikasi dan arah pengembangan

Paduan titanium GR5 banyak digunakan di bidang luar angkasa, peralatan medis, transportasi, dan bidang lainnya karena sifat komprehensifnya yang sangat baik. Khusus di bidang dirgantara, paduan titanium GR5 telah menjadi material utama.

Paduan titanium GR5 memiliki keunggulan kepadatan rendah, kekuatan spesifik dan kekakuan spesifik tinggi, ketahanan suhu tinggi, dan ketahanan korosi. Ini banyak digunakan dalam pembuatan bagian struktural utama seperti rotor pesawat, ekor, rangka penguat badan pesawat, dan tangki bahan bakar utama dan tambahan.

Karena paduan titanium GR5 memiliki kekuatan dan plastisitas yang lebih besar pada suhu kamar, perawatan larutan diperlukan selama penempaan untuk meningkatkan sifat-sifatnya. Namun struktur paduan titanium GR5 akan terdistribusi secara tidak merata selama proses penempaan, dan fase kasar akan terbentuk selama proses pendinginan, sehingga mengakibatkan penurunan sifat mekanik paduan tersebut.

Untuk meningkatkan struktur penempaan paduan titanium GR5, saat ini ada dua metode yang umum digunakan: pertama adalah melakukan perawatan larutan padat sebelum penempaan, seperti penempaan cetakan panas tekan hidrolik; yang lainnya adalah melakukan perawatan larutan padat selama proses penempaan, seperti penempaan palu tempa.

Dalam produksi aktual, karena peralatan proses penempaan palu tempa yang rumit, pengoperasian yang sulit, dan biaya produksi yang tinggi, penempaan cetakan panas tekan hidrolik saat ini merupakan proses yang lebih umum digunakan.

Dibandingkan dengan penempaan cetakan panas tekan hidrolik, kualitas permukaan penempaan palu tempa telah sangat ditingkatkan, butirannya lebih halus dan lebih seragam, dan cetakan penempaan cetakan berdiameter besar dapat digunakan untuk produksi. Namun, efisiensi produksi tempa palu tempa rendah dan biaya produksinya tinggi. Ini belum sepenuhnya menggantikan proses penempaan cetakan panas tekan hidrolik.

Kedepannya, dengan berkembangnya teknologi tempa palu tempa serta penelitian tentang teknologi dan peralatan tempa, dapat diprediksi bahwa efisiensi produksi dan kualitas tempa palu tempa akan sangat meningkat.

Dalam produksi aktual, karena sejumlah besar panas, gaya, dan beban tumbukan akan dihasilkan selama proses penempaan, maka perlu mempelajari pengaruh penempaan isotermal terhadap struktur, sifat mekanik, dan umur mekanis penempaan melalui eksperimen simulasi termal, dan mendapatkan parameter proses yang sesuai untuk memastikan kualitas tempa.

Karena efisiensi produksi yang tinggi dan rendahnya kebutuhan peralatan dalam proses penempaan palu tempa, di masa depan kita dapat mencoba menggunakan penempaan palu tempa untuk memproduksi bagian struktural utama di ruang angkasa dan bidang lainnya, seperti ekor pesawat, tangki bahan bakar utama dan tambahan, rangka penguat badan pesawat dan bagian struktural utama lainnya. Untuk beberapa tempa besar di bidang sipil pada umumnya, karena ukurannya yang besar, sulit untuk memproduksinya dengan menggunakan proses tempa palu tempa.

pendapat penulis

Dengan berkembangnya industri kedirgantaraan di negara saya, persyaratan kualitas tempa paduan titanium menjadi semakin tinggi, dan proses penempaan juga merupakan salah satu faktor penting yang mempengaruhi kualitas tempa.

Namun, dengan berkembangnya alat pengepres hidrolik dan palu tempa di negara kita, penerapannya menjadi semakin luas. Namun karena harga palu tempa yang relatif tinggi dan proses penempaannya yang rumit, sebagian besar perusahaan dirgantara dalam negeri lebih memilih pengepres hidrolik untuk melengkapi produknya. Produksi, tetapi dengan bertambahnya jumlah pengepres hidrolik, proses penempaan dan kualitasnya juga meningkat pesat.

Pada saat yang sama, karena parameter penempaan dapat disesuaikan dengan kebutuhan selama proses penempaan, proses penempaan menjadi semakin fleksibel. Namun, saat ini, teknologi dan peralatan pengepres hidrolik dalam negeri Tiongkok tidak dapat sepenuhnya memenuhi persyaratan penempaan di bidang kedirgantaraan. Oleh karena itu, pengembangan bidang dirgantara memerlukan penempaan. Permintaan akan teknologi juga akan meningkat.

referensi
1. Yao Weidong: Penelitian tentang proses penempaan dan sifat mikrostruktur tempa paduan titanium GR5. "Jurnal Universitas Aeronautika dan Astronautika Beijing", 18 (01) 2017: 1036-1037.
2. He Xiaolin: Penelitian tentang perilaku kerja panas penempaan paduan titanium selama proses penempaan. "Penempaan Tiongkok", 2015 (11): 59-60.
3. Wei Guoli: Situasi saat ini dan tren perkembangan produksi tempa paduan titanium skala besar di negara saya. "Teknologi Perlindungan Material", 2018 (05): 23-26.