티타늄 합금저밀도, 고강도, 우수한 내식성, 우수한 전반적인 기계적 특성 등 탁월한 장점을 제공하므로 항공우주 장비, 의료 기기 및 고급 화학 처리 장비 분야에서 없어서는 안 될 핵심 구조 소재입니다.- 티타늄 합금 부품을 형성하는 핵심 공정인 금형 단조는 단조품의 미세 구조, 기계적 특성, 치수 정확도 및{2}}사용 신뢰성을 직접적으로 결정합니다.
티타늄 합금은 소성 범위가 좁고 변형에 대한 저항성이 높으며 고온에서 산화되기 쉽고 유동성이 좋지 않아 전체 단조 공정에서 공정 매개변수에 매우 민감합니다. 완성된 티타늄 합금 단조품의 품질을 지속적으로 향상시키기 위해 본 논문에서는 금형 단조의 7가지 핵심 공정 단계를 체계적으로 검토합니다. 이는 -빌렛 준비, 가열 방법, 윤활 공정, 단조 매개변수, 후가공 및 세척, 금형 설계, 2단계 영역의 단조 제어를 포함하는-심층 분석을 수행하여 정밀 티타늄 합금 금형 단조품의 산업적 생산을 위한 포괄적인 기술 참조를 제공합니다.
I. 단조 전 블랭크 준비 공정
고품질-블랭크는 단조 부품의 품질을 보장하기 위한 기초입니다.- 티타늄 합금 원료의 표면은 스케일, 긁힘, 개재물, 균열 등의 결함이 발생하기 쉽습니다. 이러한 재료를 단조용로에 직접 투입할 경우, 이러한 결함은 성형과정에서 내부 손상 및 표면 결함으로 전파될 가능성이 높습니다. 따라서 모든 단조-빌렛은 표준화된 정밀 가공을 거쳐야 합니다. 스톡 바는 선삭 및 센터리스 연삭을 통해 균일한 형상을 만들어 빌렛 표면이 평평하고 매끄러우며 피트, 잔류 산화물 층 및 가공 불순물이 없도록 합니다. 띠톱을 사용한 냉간 절단은 블랭크 절단에 선호되는 방법입니다. 순산소-연료 절단은 금지됩니다. 이는 순산소 절단으로 인한 열 영향부, 표면 산화, 조립 구조 등의 문제를 효과적으로 방지하여 블랭크 매트릭스 구조의 균일성과 무결성을 보장하고 안정적인 후속 단조를 위한 기반을 마련합니다.
II. 고온-가열 과정 제어
고온-가열 과정에서 티타늄 합금은 수소 및 산소 흡수에 매우 민감하며, 이로 인해 재료가 부서지고 미세 구조가 저하될 수 있습니다. 따라서 가열 공정은 단조 금형의 품질을 제어하는 중요한 단계입니다. 가열하기 전에, 스케일, 슬래그 및 모든 유형의 잔해를 퍼니스 바닥에서 완전히 제거하여 퍼니스 챔버가 깨끗하고 오염원이 없는지 확인해야 합니다. 생산 중 산화 분위기에서 가열하면 티타늄 합금의 수소 포화를 효과적으로 억제하고, 기체 원소에 의한 오염을 줄이며, 고온-산화 결함을 최소화합니다. 지나치게 높은 온도나 장기간의 유지 시간으로 인한 비정상적인 입자 성장을 방지하고 단조품의 인성 및 피로 특성이 저하되는 것을 방지하려면 생산 중에 가열 온도와 유지 시간을 엄격하게 제어해야 합니다. 동시에, 다이 예열 프로토콜을 따라야 하며, 예열 온도는 섭씨 250~350도 범위 내에서 제어되고 최소 12시간 동안 유지되어야 합니다. 적절한 예열은 빌렛과 다이 사이의 온도차를 크게 줄여 표면 열 응력과 단조 부품의 균열 위험을 낮추고 성형 안정성을 향상시킵니다.
III. 단조윤활기술
티타늄 합금의 열악한 고온 가소성 및 유동 특성으로 인해-다이 단조 공정에서 다이 고착, 스코어링, 박리 등의 결함이 발생할 가능성이 높습니다. 따라서 전문적인 윤활 기술이 필수적입니다. 적절한 윤활은 금속 흐름 특성을 크게 향상시키고, 성형 저항을 감소시키며, 단조품과 금형 사이의 직접적인 접착을 방지하고, 단조 부품의 표면 품질과 치수 정확도를 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 업계-표준으로 잘 확립된-윤활 시스템은 콜로이드 흑연 수용액, 오일-기반 흑연 혼합물 또는 수성-기반 흑연 코팅을 사용하여 주로 흑연을 매체로 사용합니다. 이는 다이 캐비티 표면을 덮기 위해 고르게 분사되어 티타늄 합금의 고온 다이 단조 작업 요구 사항을 충족하는 안정적인-내열성 윤활층을 형성합니다.-
IV. 코어 단조 매개변수 제어
변형, 변형 온도 및 변형 균일성은 티타늄 합금 금형 단조의 세 가지 핵심 매개변수입니다. 기존의 티타늄 합금 단조의 경우 유효 변형이 40~80% 범위 내에서 일관되게 유지되어야 합니다. 최종 단조 단계에서는 빌렛 전체의 충분한 변형, 균일한 금속 흐름 및 일관된 온도 분포를 보장하는 것이 필수적입니다. 단조품의 표면 및 내부에 전단균열 및 접힘결함이 발생하는 것을 방지하기 위해 저온-, 저-변형 성형을 엄격히 금지합니다. 2상 티타늄 합금 부품의 경우 열처리로는 결정립 미세화를 달성할 수 없습니다. 미세 구조 개선 및 성능 향상은 전적으로 소성 변형에 달려 있습니다. 따라서 단조 작업별로, 그리고 전체적으로 충분한 변형을 보장하는 것이 필수적입니다. 상당한 소성 변형을 통해 거친 미세 구조가 분해되어 균일하고 미세한 매트릭스 입자를 얻음으로써 단조 부품의 강도와 인성 사이의 균형 잡힌 일치를 보장합니다.
V. 포스트-단조 표면 세정 공정
티타늄 합금의 고온 단조 후- 조밀하고 부서지기 쉬운 산화물 층이 표면에 빠르게 형성됩니다. 이 산화물 층은 매우 단단하고 부서지기 쉽습니다. 즉시 세척하지 않으면 다음 단조 공정에서 경질 산화물층이 모재에 압력을 가해 표면 균열, 박리, 개재물 확산 등을 유발해 완제품 품질에 심각한 영향을 미칩니다. 따라서 각 단조 패스 후에는 전용 표면 세척 공정을 수행해야 합니다. 샌드블라스팅 공정은 표면 스케일, 오염층, 결함층을 철저히 제거하는 데 우선순위를 두어야 하며, 다음 패스의 성형 인터페이스가 깨끗하고 미세 구조가 연속적이어야 하며, 이를 통해 여러 단조 패스에서 안정적이고 제어 가능한 품질을 달성해야 합니다.
6. 특수 단조 금형 설계에 대한 주요 고려 사항
티타늄 합금 다이{0}}단조 금형의 설계 논리는 기존 강철 단조 금형의 설계 논리와 크게 다르며 티타늄 합금의 변형 특성에 맞춰 특화된 최적화가 필요합니다.
첫째, 수축률에는 차이가 있습니다. 티타늄 합금 단조품의 수축률은 강철보다 훨씬 낮습니다. 티타늄과 강철 사이의 수축률은 일관되게 1:1.87이므로 다이 치수 보상을 별도로 계산해야 합니다. 강철 단조품에 사용되는 매개변수는 여기에 적용될 수 없습니다.
두 번째는 다이 강도 설계입니다. 동등한 다이 캐비티 깊이와 구조적 복잡성의 조건에서 티타늄 합금은 더 큰 성형 저항을 나타냅니다. 금형의 전체 강성과 변형에 대한 저항성을 향상하려면 금형의 전체 두께를 강철 단조 금형에 비해 50%까지 늘려야 합니다.
셋째, 구조적 세부 사항을 최적화해야 합니다. 다이 캐비티 필렛의 반경을 적당히 늘려 금속 흐름 저항과 응력 집중을 줄여야 합니다. 동시에 금형 캐비티의 전반적인 표면 조도를 개선하여 단조 스크래치 및 홈을 최소화하여 단조 부품의 표면 조도를 향상시키고 성형 안정성을 확보해야 합니다.
결론
티타늄 합금 금형 단조는 빌렛 준비, 가열 방식, 윤활 시스템, 단조 매개변수, 표면 세척, 금형 설계 및 2상 영역의 미세 구조 제어가 최종 부품 품질을 직접 결정하는-고정밀, 다중-결합 및 고도로 상호 의존적인 공정 시스템입니다. 전체 생산 공정에 걸쳐 표준화되고 개선된 공정 제어를 통해 산화, 균열, 다이 스티킹 및 미세 구조 불균일성과 같은 일반적인 결함을 효과적으로 피할 수 있어 고성능{4}}일관성이 뛰어난 티타늄 합금 정밀 단조품의 안정적인 생산이 보장됩니다. 이는 고급 항공우주 장비와 다양한 정밀 티타늄 부품의 대규모-생산을 위한 견고한 공정 기반을 제공합니다.-
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