1. Problemstellung
Bei einem Probeproduktionslauf von TC4-Schmiedeteilen versagten mehrere Leistungsindikatoren für geschmiedete -, darunter eine Lebensdauer aufgrund von Kerbspannungsbruch unter 5 Stunden. Die Analyse sollte mit der metallurgischen Struktur und Morphologie von TC4 beginnen und dann den Schmiedeprozess untersuchen.
2. TC4-Mikrostruktureigenschaften
Die Titanlegierung TC4 ist eine Alpha+Beta-Legierung (Ti-6Al-4V). Die geglühte Struktur liegt in der Alpha+Beta-Phase vor und enthält etwa 6 % des alpha-stabilisierenden Elements Aluminium; Vanadium stabilisiert Beta nur schwach, daher ist der ausgeglühte Beta-Anteil gering – etwa 7–10 %. Abhängig von der Wärmebehandlung und den thermischen Arbeitsbedingungen variieren die Phasenverhältnisse, die Beschaffenheit und die Morphologie stark. Der Beta-Transus beträgt etwa 1000 Grad:
| Erwärmung und Verformung | Struktur | Eigenschaften |
|---|---|---|
| 950 Grad, luftgekühlt | Primäres Alpha + transformiertes Beta | Ausgewogen |
| 1100 Grad, luftgekühlt | Grobe, vollständig transformierte Beta (Widmanstätten) | Geringere Plastizität und Schlagzähigkeit; bessere Kriechfestigkeit |
| Oberhalb des Beta-Transus große Deformation | Korbgeflecht-(Netz-)Struktur | Plastizität/Zähigkeit besser als Widmanstätten; gute Hochtemperatur- und Kriechleistung |
| Unterhalb des Beta-Transus ausreichende Deformation | Gleichachsige Struktur | Beste Gesamtleistung - hohe Plastizität und Schlagzähigkeit |
3. Hauptursachen für Leistungseinbußen
Aus der Mikrostrukturanalyse geht hervor, dass der Leistungsabfall von TC4 in der Regel durch zwei Zusammenhänge beim Schmieden verursacht wird: (1) zu hohe Erwärmungstemperatur - Erreichen oder Überschreiten des Beta-Transus, wodurch die Beta-Körner vergröbert und die Dehnung/Querschnittsschrumpfung verringert wird; (2) unzureichende oder übermäßige Einzel-Schlagverformung. Der Verformungswiderstand von Titan ist hoch, aber die Wärmeleitfähigkeit ist schlecht. Beim Schmieden kann die lokale Temperatur den Beta-Transus überschreiten, und eine zu große oder zu kleine Verformung kann zu einer Vergröberung der Körner führen.
4. Prozesskorrekturen und Ergebnisse
Halten Sie die Erwärmung des Knüppels unter dem Beta-Transus (Ofen- und Schmiedeanfangstemperaturen nicht zu hoch).
Verwenden Sie leichte -Hämmer-schnelles Hämmern -, um die Verformung pro einzelnem Schlag zu reduzieren, um lokale Überhitzung und Rekristallisationsaggregation zu vermeiden.
Stellen Sie die Wärmebehandlung nach dem Schmieden auf 760 -770 Grad ein (niedriger als der ursprüngliche Parameter). -Abweichungen der Ofentemperatur über 780 Grad beeinträchtigen die Leistung.
Mit diesen Korrekturen wurden alle Leistungsindikatoren erfüllt, einschließlich einer Kerbbruchlebensdauer von mehr als 5 Stunden. Die Produktionsüberprüfung mit der gleichen Praxis bestätigte die Ergebnisse.
5. Fazit
Bei der Herstellung von Schmiedestücken aus TC4-Titanlegierung müssen die Parameter des Schmiedeprozesses streng kontrolliert werden: erstens leichtes-schlag-schnelles Schmieden mit reduzierter Einzel-Schlagverformung; Zweitens: Wärmebehandlung nach dem Schmieden im Bereich von 760–770 Grad. Dadurch wird die Schmiedequalität sichergestellt.
6. Breiterer Kontext
Das Schmieden von Titanlegierungen wird häufig in der Luft- und Raumfahrtfertigung eingesetzt. Isothermes Schmieden wird für Motorteile und Flugzeugstrukturteile sowie zunehmend für die Automobil-, Energie- und Schifffahrtsindustrie eingesetzt. Titan--Aluminide und intermetallische Legierungen mit höherer-Temperatur werden zusammen mit ihren Verformungsprozessen aktiv erforscht.
