Analiza wytłaczania tytanu: kluczowe czynniki wpływające na przepływ metalu

Wytłaczanie na gorąco odgrywa kluczową rolę wmateriał tytanowyprzetwarzanie. Jednakże unikalne właściwości fizykochemiczne tytanu i stopów tytanu sprawiają, że proces ten jest znacznie bardziej złożony niż w przypadku stopów aluminium, stopów miedzi, a nawet stali. Jednorodność przepływu metalu bezpośrednio wpływa na jakość wytłaczanych produktów. Dzisiaj zagłębimy się w kluczowe czynniki wpływające na przepływ metalu podczas wytłaczania materiału tytanowego.

 

 

Wyzwania wynikające z nieodłącznych właściwości tytanu

 

Pręty tytanowe i kęsy ze stopów tytanu mają niską przewodność cieplną, a jest to cecha, która stwarza poważne wyzwania podczas wytłaczania na gorąco. Gdy temperatura cylindra wytłaczającego osiągnie 400 stopni Celsjusza, różnica temperatur między powierzchnią a wewnętrznymi warstwami kęsa może osiągnąć 200-250 stopni Celsjusza. W połączeniu z efektem wzmocnienia absorpcyjnego gazem, metal na powierzchni i w środku wlewka wykazuje znaczne różnice w wytrzymałości i plastyczności, co skutkuje wyjątkowo nierównomiernymi odkształceniami podczas wytłaczania. Prowadzi to do powstania znacznych dodatkowych naprężeń rozciągających w warstwie wierzchniej, co jest podstawową przyczyną pęknięć i pęknięć na powierzchni wytłaczanych produktów.

 

Co więcej, tytan w temperaturach 980 i 1030 stopni tworzy topliwą eutektykę z materiałami formierskimi ze stopów żelaza-lub niklu-, powodując poważne zużycie formy. Dlatego też do wytłaczania prętów ze stopów tytanu potrzebne są obecnie smary.

 

Podstawowe czynniki wpływające na przepływ metalu

 

Metoda wytłaczania

Różne metody wytłaczania znacząco wpływają na równomierność przepływu metalu:

Wytłaczanie odwrotne jest lepsze od wytłaczania do przodu, ponieważ zmienia kierunek i stopień tarcia pomiędzy metalem a cylindrem wytłaczającym, zmniejszając opór tarcia przepływu metalu i umożliwiając płynniejszy przepływ.

Wytłaczanie na zimno zapewnia bardziej równomierny przepływ metalu niż wytłaczanie na gorąco. Podczas wytłaczania na zimno metal znajduje się w stanie zimnym, o dużej odporności na odkształcenia, ale o stabilnej strukturze ziaren wewnętrznych, co prowadzi do stosunkowo równomiernego odkształcenia różnych części. Podczas wytłaczania na gorąco metal ma wysoką temperaturę, co zmniejsza odporność na odkształcenia, ale nierównomierny rozkład temperatury może łatwo prowadzić do nierównomiernego płynięcia.

 

Wytłoczka smarowana jest lepsza niż wytłaczarka niesmarowana. Smar tworzy warstwę smarującą pomiędzy metalem a formą, zmniejszając tarcie i opór, co skutkuje bardziej równomiernym przepływem metalu. Dlatego metoda wytłaczania wpływa przede wszystkim na przepływ metalu poprzez zmianę warunków tarcia.

 

Szybkość wytłaczania

Zwiększanie prędkości wytłaczania pogłębia nierównomierność przepływu metalu. Dzieje się tak, ponieważ nadmierna prędkość uniemożliwia pełne odkształcenie metalu i koordynację jego przepływu, co prowadzi do nierównomiernego rozkładu naprężeń wewnętrznych. Na przykład podczas wytłaczania-z dużą prędkością metal w pobliżu wewnętrznej ścianki cylindra wytłaczającego płynie powoli z powodu dużego tarcia, podczas gdy metal w środku płynie szybko, tworząc znaczną różnicę.

 

Temperatura wytłaczania

Kluczowym czynnikiem jest podwyższona temperatura wytłaczania, która zmniejsza odporność kęsa na odkształcenia, ale pogarsza nierównomierny przepływ metalu. Jeśli cylinder wytłaczający i matryca zostaną nagrzane zbyt nisko, różnica temperatur pomiędzy warstwą zewnętrzną i wewnętrzną wzrasta, co jeszcze bardziej pogarsza nierównomierny przepływ. Ponieważ plastyczność i wytrzymałość metalu różnią się w różnych temperaturach, obszary-o wysokiej temperaturze wykazują lepszą plastyczność i szybszy przepływ, podczas gdy obszary o niskiej-temperaturze wykazują coś przeciwnego. Co więcej, im lepsza przewodność cieplna metalu, tym bardziej równomierny rozkład temperatury na powierzchni czołowej kęsa, co skutkuje bardziej równomiernym przepływem metalu.

 

Siła metalu

W tych samych warunkach wyższa wytrzymałość metalu prowadzi do bardziej równomiernego przepływu. Metale-o wysokiej wytrzymałości charakteryzują się silnym wewnętrznym wiązaniem ziaren, lepiej przenoszącym naprężenia i umożliwiającym skoordynowane odkształcanie różnych części; metale o niskiej-wytrzymałości, ze względu na słabe wiązanie ziaren, są podatne na miejscowe, nierównomierne odkształcenie.

 

Kąt matrycy

Kąt matrycy (kąt pomiędzy powierzchnią czołową matrycy a osią środkową) ma istotny wpływ na płynność metalu. Większy kąt matrycy powoduje bardziej nierówny przepływ metalu. Dzieje się tak, ponieważ duży kąt matrycy powoduje nierówny rozkład oporu podczas przejścia metalu przez matrycę; metal w pobliżu wewnętrznej ścianki matrycy napotyka większy opór i płynie wolniej, podczas gdy środek doświadcza czegoś odwrotnego. Jednakże w przypadku stosowania matrycy z wieloma-otworami do wytłaczania, jeśli otwory matrycy są rozmieszczone w rozsądny sposób, przepływ metalu w każdym otworze może stać się bardziej równomierny, poprawiając ogólny przepływ.

 

Stopień odkształcenia

Zarówno nadmierny, jak i niewystarczający stopień odkształcenia prowadzą do nierównomiernego płynięcia metalu. Jeżeli stopień odkształcenia jest zbyt mały, naprężenia wewnętrzne metalu są niskie, niewystarczające do zapewnienia wystarczającego przepływu, co łatwo prowadzi do powstania miejscowych obszarów bez odkształceń lub odkształceń niewystarczających. Jeżeli stopień odkształcenia jest zbyt duży, naprężenia wewnętrzne są zbyt duże, co prowadzi do defektów, takich jak pęknięcia metalu. Dodatkowo metal w pobliżu strefy odkształcenia płynie szybciej niż dalej.