ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ
Seria: HUTNICTWO z. 21 / Nr kol. 654
________ 1980
Zygmunt RAFALSKI
Instytut Inżynierii Materiałowej Politechnika Śląska
, -■ . f ' . ,
WYBRANE ZAGADNIENIA Z KUCIA TYTANU I OEGO STOPÓW
Streszczenie. W artykule omówiono specyfikę kucia na gorąco ty
tanu i Jego stopów. Szczególną uwagę zwrócono na te problemy, które różnicują kucie tytanu i stali. Podano wytyczne do opracowania pro
cesu technologicznego kucia.
1. Wprowadzenie
Obserwowany z roku na rok stały wzrost zapotrzebowania na tworzywa na baz,ie tytanu spowodowany jest w porównaniu z wielome metalami ich konku
rencyjnymi własnościami.
Celem niniejszego artykułu Jest scharakteryzowanie pewnych specyficz
nych dla tej grupy tworzyw problemów związanych z kuciem na gorąco. Omó
wione zalecenia mogą być wykorzystane także w innych procesach obróbki plastycznej na gorąco.
Artykuł obejmuje:
1) klasyfikację stopów tytanu w zależności od struktury fazowej, 2) przygotowanie wsadu do kucia ze szczególnym uwzględnieniem nagrzewu w s a d u ,
3) specyfikę kucia swobodnego wlewków i innych postaci wsadu uprzednio przerobionego plastycznie,
4) specyfikę kucia matrycowego, 5) wytyczne obróbki cieplnej odkuwek, 6) wytyczne wykańczania odkuwek.
2, Stopy tytanu do obróbki plastycznej
Z punktu widzenia technologii kucia interesująca jest klasyfikacja sto
pów Ti ze względu na ich strukturę fazową.
Struktura fazowa w sposób istotny limituje parametry procesu kucia.
Jak również wpływa na własności otrzymywanych odkuwek, bowiem w zależno
ści od zakresu temperatur kucia otrzymuje się zróżnicowaną mikrostruktu
84 Z. Ra falski
rę. W p rz yp ad k u gdy tempe ra t ur a kucia tfe zn aj du je się p o m ię d zy t e mp er a
turami pr ze m ia n p o l i m o r fl c zn yc h (rys. la)
oęSioę+jS^k ^ 'op + jł ^ {¡>
ł
oC + X f fciz<2 m -m e t a lic z n a Fe, Cr, Mr>, Si %
Rys. 1. W p ł y w zak re s u temp. kucia na rodzaj o t rz ymywanej struktury
o tr zy mu j e się równo os i ow ę s tr uk t ur ę d r o b n o z i a r n i s t a da jęcę bardzo w ysoka plastycz no ść , w y t r z y m a ł o ś ć zmęcz en i ow ę i na jm ni e j s z a w r aż li w o ś ć na karby.
Gd y p oczątek kucia z a c ho dz i powyżej t e m p er at ur y koniec p r o cesu kucia r e a l i z o w a n y jest w zakr es ie te m pe ra tu r przeWiaih p ol im orficz- nych (rys. Ib):
Vł-/
5* ¡b^tk ( toę*£ oęt/y (Cf /b^ji! ■ (2)
Wybran e zagadn ie ni a z kucia tytanu i jego stopów 85
otrzymuje się strukturę iglastą, budowę przypominając? plecionkę wiklino
wą, charakteryzującą się bardzo wysokimi wskaźnikami żarotrwałości i peł
zania przy zachowaniu wysokiej plastyczności i stabilności w podwyższo
nych temperaturach.
W przypadku gdy kucie przebiega w zakresie istnienia fazy f!> (rys. Ic)
< t k (3)
otrzymuje się strukturę gruboziarnistą, charakteryzującą się dużymi ziar
nami fazy fh z wyraźnie zaznaczonymi granicami ziarn. Budowa ziarn Jest gruboiglasta. Struktura charakteryzuje się obniżonymi własnościami pla
stycznymi, obniżoną wytrzymałością na długotrwałe obciążenia, dużą wraż
liwością na działanie karbu oraz małą -¡tabilnością w podwyższonych tempe
raturach. Strukturę tę można poprawić tylko przez powtórny proces obróbki plastycznej.
3. Przygotowanie waadu do kucia
Podstawowymi postaciami wsadu do kucia są wlewki, kęsiska i kęsy kute lub walcowane, pręty kute lub walcowane oraz pręty wyciskane. Przygotowa
nie wsadu do kucia uzależnione Jest od postaci wsadu i metody jego otrzy
mania i podobnie Jak dla stall obejmuje:
1) sprawdzenie powierzchni wsadu i usunięcie ewentualnych wad powierz
chniowych ,
2) cięcie wsadu na kawałki,
3) w przypadku kucia odkuwek na odpowiednie elementy sprawdzenie wad wewnętrznych, najczęściej metodą ultradźwiękową,
4) nagrzewanie wsadu,
5) smarowanie powierzchni wsadu pokryciami szklanymi.
Ewentualne wady powierzchniowe, występujące najczęściej w przypadku wlewków usuwa się zwykle przez toczenie lub frezowanie. Przy czyszcze
niu powierzchni wlewków nie dopuszcza się ostrych krawędzi. Winny one być zaokrąglone lub sfazowane (R 5» 8 mm j 8-45°).
Dzielenie wsadu na kawałki o żądanym ciężarze i długości przeprowadza się na urządzeniach stosowanych do dzielenia wsadu stalowego.
3.1, Nagrzewanie wsadu
Przemiana polimorficzna czystego Ti następuje w temperaturze 1155,5K (882,5 C). W przypadku stopów Ti temperatura przemiany Jest na ogół wyż
sza niż czystego Ti.
Nagrzew stopów Ti związany jest ze wzrostem ziarna (rys. 2). Poni
żej temperatury rekrystalizacji ziarno praktycznie nie rośnie. Wzrost roz-
86 Z. Rafalski
d z m m
Rys. 2. Z a l e ż n o ś ć średniej śred n ic y ziarna dla stopu Ti-5 A1 od temperatury i c z a
su nagrz ew an ia
pocz yn a się po p r z e k ro cz e ni u t e mperatury r ek rystalizacji. Sz c ze g ó l n i e szybki jest w zrost ziarn, gdy nag r ze w pr ze p r o w a d z a m y przy i st nieniu fazy f i .
P r z y k ł a d o w o d la kilku s topów Ti p o k a zano w p ł y w t em p er a t u r y na n a pr ęż en i e u- p l a s t y c z ni aj ęc e £>p (rys. 3a), na p r z e w ę ż e n i e Z w p r ób ie j e d n o o s i o w e g o roz- cięg a ni a (rys. 3 b ) . Rysu ne k 4 pokazuje krzywe u m o cn ie ni a w tem pe ra t ur ac h kucia, zaś rys. 5 w p ł y w p rę dkości odk sz t ał ce ni a ria n a pr ę że ni e u p l a s t y c z n i a j ę c e dla róż
nych temperatur.
C h a r a kt er z mian p la st y c z n o ś c i w z a l e ż ności od t em p er a t u r y jest w za sa d zi e ana-
Rys. 3. W p ł y w te m pe r a t u r y na grzewu na n a pr ęż en i a (j i p r z ew ęż en i e Z w próbie J e d n o o s i o w e g o rozcięgania
l ogiczny jak przy stali. J e d na kż e n al eż y p od k re ś l i ć d uż y w p ł y w prędkości odks z ta łc en i a < ? na na pr ęż e n i e GTp (rys. 5), co świ a dc zy o dużej c z u ł o ści st opów tytanu na pręd k oś ć odkształcenia.
Tytan i Jego s topy w w ys ok i c h t e m p er at u ra ch akt yw ni e w c ho d zę w zwięzki c he mi c zn e z C>2 , N2 i H2> To n i ek or zy s tn e d z ia łanie może być o g r a n i c z o ne do mini m um przez :
i) sto so wan ie atmos fe r och ro nn y c h (zasadniczo przy kuciu matrycowym odkuwek o małej grubości) ,
W y br a n e z ag adn ie ni a z kucia tytanu i jego stopów 87
Rys. 5. W p ł y w prę d ko śc i od ks z ta łc en i a n a napręż e ni a uplastyczniające dla różnych temperatur
2) p o kr yw a ni e p o wi er z ch ni n a g r z ew an eg o wsadu e maliami lub pokryciami s z k l a n o - c e r a m i c z n y m i ,
3) n a g rz e wa ni e w piecach e le k trycznych.
6 p MPa
Ti - 5 Al
Ti - i A l - 7 Mo -11Cr Ti - i f . 5 A l - 5 M o - 1V
Rys. 4. Krzywe umocnienia dla różnych temperatur kucia
88 Z. Rafalski
4) n a g r z e w a n i e d wu s t o p n i o w e : pow ol n e do t e m p e r a t u r y 9 2 0 - 9 7 0 K (650 - 700°C) i szybk ie od t em p er a t u r y 9 7 0 K (700°C) do t em pe r a t u r y kucia. Z a s t o s o w a n i e d w u s t o p n i o w e g o n a g rz ew u z m n i e j s z a czas p r ze b y w a n i a w w y s o k ic h t em peraturach.
P o n i e w a ż s to py Ti pr zy n a g r ze w ie w c h od zę w reakcje ze zgorzelinę sta- l o w ę , n a l e ż y albo usunę ć z g o r z e l i n ę z pieca, albo w y s y p a ć czy wyłożyć trzon świe ży m i m a t e r i a ł a m i o g n i o t rw ał y mi , albo też p odłożyć pod n a g r z e w a n y wsad a rk us z b l a c h y ze stali odpornej na korozję.
G ó r n a t e m p e r a t u r a n a g r z e w u i z a k r e s
t e m p e r a t u r k u c i a
W y b ó r o pt ym a ln ej t em pe r a t u r y nagrzewu, korzystnej d la kucia k o n k r e t n e go stopu Jest t ru dn y i z a l e ż y m i ę d z y innymi od n a s t ę p u j ę e y c h c zynników:
1) r o d z aj u i s t r u k t u r y p r z e k u w a n e g o stopu, 2) w i e l k o ś c i w s a du i Jego postaci,
3) rodza ju u r z ę d z e n i a ku źniczego, na któr ym będzie pr z er a b i a n y wsad i m e t o d y Jego kucia,
4) w i e l k o ś c i od k sz t a ł c e n i a . Jaki em u na leży podd ać wsad, 5) c za su kucia,
6) p r z e z n a c z e n i a o d k uw k i i jej w ł a s n o ś c i me ch anicznych.
W ta b li ca ch 1 i 2 podano z a kr es y te mp e ra tu r kucia w y b r a n y c h s t o pó w ty
tanu.
P rz y u s t a l e n i u te mp er a tu r kucia n a le ży pam i ęt ać o tym, że z a kr e s t em
p e r a t u r y kucia Jest z a l e żn y od ak tualnej ilości d o d a t k ó w s t o p ow y ch i d o m i e s ze k i może być z r ó ż n i c o w a n y dla różn yc h w y t o p ó w tego s a me go gatunku.
C z a s n a g r z e w u
C el em o t r z y m a n i a d r o b n o z i a r n i s t e j s t r u kt ur y oraz w y s o k i c h w ł a s n o ś c i me
c h a n i c z n y c h o d k u w e k n a l e ż y o g r a n i c z y ć do min im u m eros w y t r z y m y w a n i a m a t e riału w w y s o k i c h temperaturach. W z w i ę zk u z tym rozróżnia się n a gr ze w j e d no- i dw us t op ni ow y .
N a g r z e w j e d n o s t ą p n i o w y stosuje się dla w y m i a r ó w mn ie js z y c h od <j> 100.
C za s n a g rz e wu usta l a się równy 1 min na każde 2 mm m a k s y m a l n e g o w y mi ar u po przecznego.
Pr z y n a g r ze w ie d w u s t o p n i o w y m czas ustala się nast ę pu ję co : dla t < 1 1 2 3 K (850°C) pr zy tp = 1123 K (850°C) 1 min/2 mm dla t^ ^ t » 1123 K (850°C) P fz y tp = t^ 1 min/3 mm m a k s y m a l n e g o w y m i a r u po przecznego, gdzie t t e mp er at u ra pieca.
Tablic a 1 Z ak res temper atu r kucia swo bo dn e g o dla wy b ra n y c h s t opó w Ti
T e m p .
Kucie wlewków Kucie materiałów uprzednio obrobio
nych plastycznie
LP. 5 top
5t ruk- tura f a z o
przemia
ny poli- morficz-
temperatura ku
cia w K
ubytek prze
kroju za 1 nagrz.
w %
grubość wsadu w mm
temperatura kucia w K
ubytek przekro
ju za 1 nagrzew
v* % - -
w a nej
w K poczptek koniec poczętek koniec
1 2 3
Ti- TÍ-5A1 Ti-5Al-2Sn
C i
1158-1163 1253-1303 1253-1303
1323 1453 1453
1023 1173 1173
20-30 30-50
20-50 wszystkie
1223 1373 1373
973 1123 1123
40 40-70 40-70 4
5 6
Ti-lAl-lMn T i - 3 ,5 A 1 - 1 ,5Mn Ti-6Al-2Zr-lHo~lV
ps.ci
1123-1223 1193-1213 1253-1293
1223-1323 1353 1453
1023 1123 1173
30-50 30-50 20-30
grubości
1153-1223 1253 1353
973-1023 1073 1173
40-70 40-70 40
7 T i— 5A1-4V 1223-1263 1373 1123 30-70 do 100
ponad 100
1273 1293
1073 1073
40-70 40-70 8 TÍ-6A 1 - 2 ,5Mo-2Cr-
-0.3 S Í - 0 ,5Fe
Of + /h
1233-1273 1453 1123 40 do 100 ponad 100
1273-1253 1373-1293
1093 1123
40-50 40-50 9 T i - 4 .5A1-3MO-1V 1193-1233 1373 1123 30-50 wszystkie
grubości
1343-1253 1073 40-70
10 T i—4,5A1-2MO-
4 ,5V-0,6Fe-lCr 1113-1153 1453 1123 30-50 - 1293 1073 40-70
covD
li
Wybranezagadnieniaz kuciatytanu1 jegostopów
Tablica 2 Z a kr e s t emp er at ur kucia ma t ry c o wa g o dla w y b r a n y c h stopów Ti
Lp. Stop
Struk
tura fazowa
Temperatura przemiany polimorf icz-
nej w K
Kucie matrycowe na prasach hy-
d raullcznych Kucie matrycowe na młotach temp. kucia w K odkszt.
za 1 na
grzew v* %
temp. kucia w K odkszt.
za 1 na
grzew w %
początek koniec początek koniec
Ti 1158-1163 1163 923 40-50 1193 973 40-50
2 Ti-5Al 1253-1303 1293 1123 40-70 1373 1173 40-70
3 Ti-5Al~2Sn 1253-1303 1293 1123 40-70 1373 1173 40-70
4 Ti-lAl-lMn 1123-1223 1153-1223 973-1073 40-70 1073-1123 1023 40-70
5 Ti-3 , 5 A 1 - 1 , 5Mn ps 0? 1193-1213 1133-1163 923 40-70 1143-1223 973 40-70 6 Ti-6Al-2Zr-lMo-lV 1253-1293 1243-1273 1173 40-50 1263-1293 1123-1173 40-50
7 T1-5A1-4V 1223-1263 1213 1023 40-70 1243 1073 40-70
8 Ti-6Al-2,5Mo-2Cr- -0,3 S i - 0 ,5Fe
of+jB 1233-1273 1203-1223 1073 40-60 1213-1253 1123 40-60
9 Ti-4,5Al-3Mo-lV 1193-1233 1203-1233 1073 40-70 1193-1213 1023 40-70
10 Ti-4,5Al-2Mo-4,5V
- 0 ,6Fa-lCr 1113-1153 1113 1023 20-50 1223 1073 40-70
Wybrane zagadnienia z kucia tytanu i jego stopów 91
I n n e z a l e c e n i a
1. Temperatura pieca przy ładowaniu wsadu zimnego nie powinna przekra
czać 1123 K (850°C).
2. Maksymalny czas przebywania wsadu przy temperaturze kucia nie powi
nien przewyższać wartości podanych w tablicy 3.
Tablica 3 Maksymalny czas przebywania wsadu w piecu przy górnej temperaturze kucia
Lp. Wymiar poprzeczny wsadu mm
Maksymalny czas przebywania w godz.
1 do 50 1.0
2 50 - 70 1,5
2,0X)
3 70 - 140
4 140 - 200 2,5
5 200 - 250 3,0
6 250 - 350 4,0
x )
Przy przebywaniu wsadu w piecu powyżej 2 h temp. pieca należy obniżyć do 1273 K.
3. W przypadku krótkotrwałej przerwy w pracy kuźni temperaturę pieca należy obniżyć do temperatury 1123 K (850°C), a po jej zakończeniu pod
nieść znowu do temperatury pracy. Deżeli przerwa w pracy jest długotrwa
ła, należy wsad wycięgnęć z pieca.
3.2. Smarowanie
W warunkach kucia na goręco na powierzchni styku metalu z narzędziem występujęce siły tarcia w przypadku Ti powoduję przywieranie kutych sto
pów do narzędzia oraz zgrzewanie się z Jego powierzchnię.
Przywieranie stopów następuje w przypadku istnienia tarcia suchego.
Zgrzewanie następuje w przypadkach, gdy po powierzchniach styku przemie- szczaję się stosunkowo duże objętości przekuwanego metalu, np. przy kuciu matrycowym odkuwek o wysokich żebrach, przy spęczaniu z dużym stopniem odkształcenia. Bardzo często zgrzewanie jest tak silne, że doprowadza do utraty spójności wewnętrz kutego stopu.
Wyżej wymienione zjawiska mogę być ograniczone przez smarowanie. Dla stopów Ti najlepszymi środkami smarujęcymi sę pokrycia oparte na szkle
(y . = 0,04-0,06), w skład których wchodzę tlenki SiOg , KgO, Na.,0. CaO,
Al2°3< Ll2°> B2 ° 3 ' B a 0 < M 9° 1 PbO. Najlepszymi smarami sę smary charak- teryzujęce się optymalnę lepkościę w wysokich temperaturach (rys. 6). Za
leca się stosowanie przy kuciu w temperaturze 1123-1223 K (850 - 950°C) następujęcych smarów:
92 Z. Rafalski
Rys. 6. Z a l e ż n o ś ć le pkości pokryć s z k l a n o - c e r a m i c z n y c h od temp e ra tu ry 1) 6 1 S i 0 2 - 3 A l g 0 3 - 12B2 03 - 15Na2 0 - 6C aO
2) 4 0 S i 0 2 - 5 A 1 2 0 3 - 3 5B2 0 3 - 5 Na2 0 - 5CaO
3) (57-6 l) S 10 2 - (l 7-18)B2 0 3 - (l8 - 20 )N a2 0 - (4-5)CaO
1) 5 4 S i 0 2 - 5 A 1 2 0 3 - 8 , 5 B 2 0 3 - 2 7 , 5 N a 2 0 - 5CaO, 2) 6 1 S i 0 2 - 3Al2 0j - 12B2 0 3 - 15 Na 20 - 6CaO,
a przy kuciu w t e m pe ra t ur ze 1073 K - 1353 K (800-1080°C) m ie s za n i n ę dwu s m a r ó w :
1) 5 5 S i 0 2 - 14A120 3 - 13B2 0 3 - 2 N a 2 0 - 16CaO (80%),
2) 3 4 S i 0 2 - 17 A1 2 0 3 - 35B2 0 3 - 17 Na 2 0 - 7 ,5 Ca O - 4 , 8 Mg O (20%)
4. Kucie swo bo d ne stop ów tytanu
4.1. P r ze k uw an ie w l e w k ó w
C el em un ik ni ę c i a u t r a t y s p ó j no śc i p r z e k u w a n y c h w l e w k ó w oraz uzyskania w miarę j e dnorodnej s t r u k t u r y zaleca się p rz ek u wa ć w l e w k i w trzech e t a pach (rys. 7).
E t a p I
150-250K
F a z a fl>
Faza A T
2
O-U0
KE t a p ] l
B O - 1 2 0 K
[ 3 0 - 5 0 ! K z . .
Et ap III
Rys. 7. Et ap y w s t ę p n e g o prz ek u wa n i a w l e w k ó w
Wy bra ne z ag ad ni eni a z kucia tytanu 1 jego stopów 93
E t a p X. Kucie należy z aczynać z temperatur 150-250 K w i ę k s z y c h od temp. p r z e m i a n y toę+p)^-^. Pierwsze uderzenia, dopóki nie zost an i e r oz
dr o bn io na struktura pierwotna, co n as t ępuje prz y 20-30% ubyt ku przekroju, w i n n y być słabe. W tym etapie w l e w k o m nadaje się żądany przekrój i tnie się na o d p ow i ed ni e długości.
E t a p II. Etap II rozpoczyna się z temperatur 8 0 - 1 2 0 K powyżej
*0 * P ° l e9 a na d w u - t r z y k r o t n y m p r ze mi en n ym spęczaniu i w y d ł u ż a n i u do w y m i ar u wyjściowego.
E t a p III. Ro zp oc z y n a się z temper at u r 20-40 K poniżej t e m p e r a tury 9 dV kuty kęs Jest pr ze zn a c z o n y do d a l s z e g o p r z er o bu z t emper at u r 3 0 - 5 0 K wyższej od Ce le m tego etapu Jest d a l s z e wszech
stronne p r zekucie wlewka.
4.2. W i e l k oś c i s t o so wa ny c h o d k sz t ał ce ń
O p t y ma l ne od ks zt a ł c e n i e z Jednego n agrzewu lub dogrzewu w pr z yp ad ku kucia w z a k r es ie i s tn ienia fazy o f + j h w y n o s i ć winno 4 0-50%, a w za kr es i e fazy |2> 70%. Bardziej szcz eg ół o we dane podano w tablicy 1.
4.3. W y t y c zn e d o bo ru urz ąd z eń do kucia swobodnego
Kucie stopó w Ti zale ca się pr o wa dz ić na prasach h y d r a u li cz n yc h, d o bierając ich nacisk do w i el k o ś c i kutych odku we k wg tych samyc h zasad co i dla stall.
Na t omiast w tablicy 4 z es t aw io no w z al e żn oś ci od p r z e k ro ju kutego m a teriału masę częśc i s p a da ją cy c h młota.
T a b l ic a 4 Rodz aj e s t o s ow an yc h zabi e gó w obrób ki cieplnej dla s t op ó w Ti
Lp. W y m i a r p o p r z e c z n y wsadu w na
Masa części sp ad a j ą c y c h kg
1 do 4 0 250
2 4 0 f- 70 500
3 6 0 - 100 750
4 8 0 - 150 lOOO
5 100 - 180 1500
6 130 - 200 2 0 0 0
7 150 - 250 25 0 0
8 2 00 - 300 3000
9 2 5 0 - 4 50 3500
94 Z. Rafalski
5. S pe cyfika kucia m a t r y c o w e g o ^
Odku wk i c ec hu ję c e się w y s ok i mi w ł a s n o ś c i a m i w y t r z y m a ł o ś c i o w y m i i p la
s ty cznymi o tr zy m u j e się, j eżeli podczas ich ma tr yc o w a n i a p r z es tr ze g a się trzech zasad :
1 - o d ks zt a ł c e n i e lokalne po każdym n ag r ze wi e czy d o g r z e w i e w dowolnym obsz a rz e odkuwki w inno być w i ęk sz e od 30%,
2 - te mperatura kutego stopu w d o w ol ny m o bs za r z e odku wk i nie powinna p r z e kroczyć temp e ra tu ry p r z e mi an y 'cytAjsA
3 - rozkład od ks z t a ł c e ń lokalnych i t em pe r at ur w ob j ęt oś ci matrycowanej odku wk i w i ni e n być moż l iw ie równomierny.
D ot rz y m a n i e tych w a r u n k ó w w pra kt yc e jest bardzo utrudnione, ponieważ:
1) o d k s zt ał ca n ie stop ów Ti poniżej te mp er a t u r y pr ze m ia ny t
cechuje się w y s o k i m i oporami ks z tałtowania, które mogę przew yż s za ć 2 - 3 razy opory ks z ta łt ow a ni a stali,
2) ob ni że n ie tempe r at ur y m a t ry c ow an ia p owoduje g wa ł to wn y wzrost oporu k s z t a ł t o w a n i a ,
3) niska p r ze wo d no ść cieplna s t o pó w Ti p ow i ęk sz a n i e r ó w no m ie rn oś ć is t ni ejęcego pola temper at u r i n i e j e d n o r o d n o ś ć o d k s z ta łc en i a w objętości o d k u w k i ,
4) d u ż y w s p ó ł c z y n n i k tarcia p o m i ę d z y kutym meta le m a p o w i er z ch ni ę n a rzędzi zwi ęk s za ni e ró w n o m i e r n o ś ć odkształcenia.
Na równi ze strefami int e ns yw ne g o pł yn ięcia przy m at ry c o w a n i u odkuwek w y s t ęp u ję obsz a ry o u t r ud ni on y m płynięciu, p ro wa dz ę ce do zróżnico wa ni a w i e l ko ś ci ziarn. Intensy wn e p ły ni ęc i e metalu powo d uj e loka ln y przyrost t e m pe r at ur y w obszarach, w których ono przebiega. O b s za r y te mogę osięg- nęć t em peraturę p r z e kr ac z aj ęc ę w a r t oś ć czyli ulec miej sc ow em u przegrzaniu. R ó w n i e ż o b sz ar y o ut ru d n i o n y m pły ni ę ci u o d ks zt ał c on e gniotem krytyc zn y m (2-10%) mogę o s i ę g nę ć w czasi e m a t ry c ow an ia lub be z po średnio po nim t em peraturę wyżs zę od dajęcę nad m ie rn y rozrost ziarn.
O d k uw k i o z ło ż on yc h kształt ac h cechuję się więc dużym rozrzutem w ł a s ności mechanicznych.
5.1. Wsad do m a tr y co wa ni a
W s a d em do m at r yc o w a n i a sę p r ze dk u w k i s wo b od ni e kute, pręty kute, w a l cowa ne lub wyciskane. Dla w i ę k s z o ś c i kutych odkuwek meto da p ro dukcji w s a du nie ma is t otnego z naczenia, bowiem przez m at r yc o w a n i e można naprawić ewentu al n e wa d y s t r uk tu ra l ne wsadu. W y j ę t e k stan ow ię odkuwki, których p ew
ne części nie sę pr ze ra b i a n e (np. odkuwki z trzonem, kute na kuźniarkach).
Do tego typu odkuwek przy pr o dukcji w sa du w i n i e n być p r z e s t rz eg an y reżim technologiczny.
Wy bra ne zagadni en ia z kucia tytanu i Jego stopów 95
5.2. Przy g ot ow an i e matryc do kucia
Z a l e ca się przy kuciu na młot a ch p od gr z ew ać matr yc e do 523-573 K (250- -300°C) a prz y kuciu na prasach i kuźnia rk ac h do temp. 573-723 K (300 - 450°C).
5.3. Uwagi o kons t ru kc ji w y k r o j ó w
Przy kuciu w i e l o w y k r o j o w y m stosuje się te same w y k r o j e co i dla stali, sk o ns t r u o w a n y c h wg z a l ec eń s t o so wa ny c h dla stali, z uwzględnieniem w i ę kszych poch yl eń i pro mi en i z ao k r ę g l e ń oraz w przypadku wykroju r ok uj ęc e go mniej intensy wn e p r ze m ie sz cz a ni a wsadu.
6. W y t y c z n e obróbki cieplnej odkuwek
Rodzaj obrób ki cieplnej zależ y od postaci i przeznaczenia o d k uw k i oraz od rodzaju stopu. R o dz aj e z a b i eg ów c ie p ln yc h odku w ek zestawiono w ta b li cy 5.
T a b l ic a 5 Rodzaje s t os ow a ny ch za b ie gó w obróbki cieplnej dla stopów Ti
Rodzaj obró bk i cieplnej
S tr uktura fazowa
c* psoę oę+ (5
P>
W yż ar z a n i e odpręż aj ę ce + + + +
zupełne + + + +
izotermiczne +
podwójne +
H ar to wa n ie i odpus z cz an ia + +
Te m pe r a t u r a w y ż a r z a n i a z up eł ne g o jest wyżs za od t e m p e r a t u r y r e k r y s t a l izacji ale niższa od
P rzebieg wy ż ar z a n i a izoter mi cz ne g o i podwó jn eg o p r z e d s t a w i o n o na r y sunku 8.
H ar to w a n i e polega na nagrzaniu do te m peratury i s t n i e n i a fazy ( t > p, * s z ybkim o c hł o dz en iu (h.,0) , po którym p o w s t a j e n i e s t a b i l na faza i m a rt en z y t y c z n e fazy o^' i oę" . Kończęcę operację jest o d p uszczanie, przy którym n as tępuje rozpad fazy .
96 Z. Rafalski
Rys. 8. P rz e b i e g w y ż a r z a n i a iz o te r m l c z n e g o (a) i p od w ój n e g o (b)
|.
7. W y k a ń c z a n i e odk uw e k
O p r ó c z u s u w a n i a wad p o w i e r z c h n i o w y c h o d k u wk i po dl e ga ję c z y s z c z e n i u ze z go rz e li ny , z p o k r yć o c h r o n n y c h i w a r s t w y nasyconej azotem.
G r u b o ś ć z g o r z e l i n y sięga do 0 , 1 5 mm; z g o r z e l i n ę można o c z y s z c z a ć na d r o d z e chemi cz ne j i mechani cz ne j. R ó w n i e ż w a rs tw ę pokryć o ch ronnych, slę- g ajęcę z wykle 0,1 mm, usuwa się na d r o d z e chemicznej i mechanicznej.
U su wa n i e w a r s t w y nasyconej a z ot em odby wa się za pomocę trawienia.
8. Z a k o ń c z e n i e
Pod8 ne z a l e c en i a nie w y c z e r p u j ę w pełni w s z y s t k i c h sp ec y f i c z n y c h p a r a m e t r ó w kucia tytanu i j eg o stopów, temat to bowiem zbyt szeroki d o p r z e d s t a w ie ni a w j ed n ym artykule. A u t o r ma nadzieję, że p od k re śl ił o s o b l i w o ści k ucia i z w r óc ił u wagę na n i e k tó r e zj awiska c h a r a k t e r y s t y c z n e dla tej g r u p y tworzyw, w y s t ę p u j ę c e w pro ce s ie kucia i w o pe ra c j a c h pomocniczych.
W y b r a n e za ga dni en ia z kucia tytanu i Jego stopów 97
L I T E R A T U R A
[lj N I K O L S K I O Ł.A. i inni: G or ja c z a j a sztampowka i p r e s s o w a n i j e titano- w y c h spławów. M a s z i n o S t r o j e n i e , M o sk wa 1975.
[2] Kowka i sztam po wk a cw i etnych mi et ał ł ow - sprawocznik. M a s z i n o s t r o j e - nie , M o s k w a 1975.
[3] G A Z I O G L U i inni: Umformung, Gefügeausbildung und m e c h a n i s c h e E ig e n
s ch af te n der T i t a n l eg i er un g TiA'16V4. Z. Metallkunde, Bd 67 (l976) H. 4.
H3EPAHHHE BOÜPOCU CBH3AHHHE C KOBKOit THTAHA H ETO CIUABAMH
P a 3 d m e
B craiie paccaatpHBaeTca cnenjnfMKa ropaiefl k o b k h THTaHa h ero cnzasoB.
OcoCoe BHHHaHae y j t e a a e i c a B o n p o c a a , K o x o p u e o m i a i i t K o s a y T H T aH a o t k o b k h o t s j i h . IIpH B O xaT oa y a a s a H H a x a a p asp aO o T K H le x H O Z o rH n e c K o ro n p o p e c c a k o b k h .
S E L E C T E D PRO BL E MS O F FORGING T I T A NI U M AND ITS A L LOYS
S u m m a r y
The problem of hot forging of titanium and its al loys are analysed.
Spec ia l at t en ti on has been paid to the problems that d i f f e r t i t a ni u m from steel forging. Gu i de l i n e s for d ev el o p i n g the technological process of for
ging are given.
I
