Varför är titan så svårt att smida? - Nyheter

Titanär svår att smida, främst för att den vid höga temperaturer är "mycket reaktiv, har dålig värmeledningsförmåga och tenderar att fastna på formen", vilket resulterar i ett extremt smalt bearbetningsfönster.

1. Extremt hög kemisk reaktivitet vid höga temperaturer

Vid temperaturer över 600 grader absorberar titan väte, syre och kväve våldsamt och bildar ett hårt och sprött "-hölje" (syreberikat föroreningsskikt), vilket orsakar ytsprickor i smide och minskar plasticiteten. Ju högre temperatur, desto snabbare gasabsorption; därför måste operationer utföras under en skyddande atmosfär eller med en beläggning, och uppvärmningstiden måste hållas kort.

2. Extremt smalt temperaturområde för smide

Fasomvandlingstemperaturen (övergångspunkten) för titan är vanligtvis runt 900–1000 grader (beroende på legeringen).

Att överskrida omvandlingspunkten och gå in i hela området gör att kornstorleken ökar dramatiskt, vilket resulterar i en kraftig minskning av smidets seghet.

Under cirka 700 grader skjuter deformationsmotståndet i höjden, vilket gör materialet benäget att spricka.

Det faktiska smidbara fönstret är ofta bara 150–250 grader, medan det för stål varierar från 400–600 grader.

Om temperaturen sjunker för snabbt under drift, måste smidet återföras till ugnen; annars spricker den med ett enda slag.

3. Dålig värmeledningsförmåga och temperaturinhomogenitet

Titans värmeledningsförmåga är ungefär 1/4 av stål och 1/15 av aluminium. Under smide:

Ämnets yta kyls snabbt vid kontakt med formhåligheten, medan kärnan förblir varm.

Deformationsvärme koncentreras i kärnan, vilket kan orsaka lokal överhettning och bränning.

Stor temperaturskillnad mellan interiör och exteriör → ojämn deformation → mikrostrukturell inhomogenitet och en tendens till delaminering

4. Hög deformationsmotstånd och känslighet för töjningshastighet

Den höga-temperaturflödesspänningen hos titan är mycket känslig för deformationshastighet; motståndet vid hammarsmidning (hög hastighet) är mycket större än vid presssmidning (låg hastighet). Vid samma temperatur är deformationsbeständigheten hos titanlegeringar 2–3 gånger högre än för vanligt stål, vilket kräver utrustning med större tonnage.

5. Hög friktionskoefficient och tendens att fastna på formen

Friktionskoefficienten mellan titan- och stålformar är så hög som 0,3–0,5 (jämfört med cirka 0,1–0,2 för stålsmide), och vid höga temperaturer uppstår diffusionsbindning (klibbar till formen), vilket leder till extremt snabbt formslitage och ytrepor på smidet. Frekvent applicering av smörjmedel och strikt kontroll av formtemperaturen är därför avgörande.

5. Hög friktionskoefficient och benägen att fastna på tärningen

Friktionskoefficienten mellan titan- och stålformar är så hög som 0,3–0,5 (jämfört med cirka 0,1–0,2 för stålsmide), och vid höga temperaturer uppstår diffusionsbindning (klibbar till formen), vilket leder till extremt snabbt formslitage och ytrepor på smidet. Detta kräver frekvent applicering av smörjmedel och strikt kontroll av formtemperaturen.

6. Låg elasticitetsmodul och betydande återfjädring

Titan har en elasticitetsmodul på cirka 110 GPa (jämfört med cirka 210 GPa för stål). Den uppvisar betydande återfjädring efter smide, vilket gör dimensionsnoggrannheten svår att kontrollera; ytterligare kompensation krävs vid formkonstruktion.

Sammanfattningsvis är att smida titan som att köra i hög hastighet på en mycket smal "väg till perfektion": energin (utrustningens tonnage) måste vara hög, ändå är vägen (temperaturintervallet) extremt smal; själva fordonet (arbetsstycket) är benäget att spricka och den omgivande miljön (oxidation, väteabsorption) är full av fallgropar. Det är just för att dessa krävande krav sammanfogar som de tekniska hindren för att tillverka titansmid av hög-kvalitet är extremt höga och kostnaderna är relativt dyra.

Titanium forgings Gr7 Titanium-Pd alloy Forged Ring factory