精密金型鍛造プロセス全体の主要なプロセスと技術的考慮事項-チタン合金の鍛造プロセス - ブログ

チタン合金低密度、高強度、優れた耐食性、優れた全体的な機械的特性などの優れた利点を備えており、航空宇宙機器、医療機器、ハイエンド化学処理装置の分野において不可欠な中核構造材料となっています。{0}}型鍛造は、チタン合金部品を形成するための中核プロセスとして、鍛造品の微細構造、機械的特性、寸法精度、使用中の信頼性を直接決定します。-

チタン合金は、可塑性の範囲が狭く、変形に対する耐性が高く、高温で酸化しやすく、流動性が低いため、型鍛造プロセス全体を通じてプロセスパラメーターの影響を非常に受けやすくなります。完成したチタン合金鍛造品の品質を一貫して向上させるために、この論文では、型鍛造の 7 つの中心的なプロセス段階を体系的にレビューします。 -ビレットの準備、加熱計画、潤滑プロセス、鍛造パラメータ、後処理と洗浄、金型設計、二相領域での鍛造制御を網羅する詳細な分析を実施します。-これにより、精密チタン合金金型鍛造品の工業生産のための包括的な技術リファレンスが提供されます。

I. 型鍛造前の素材準備工程

高品質のブランクは、型鍛造部品の品質を確保するための基盤です。-チタン合金原料の表面には、スケール、傷、介在物、クラックなどの欠陥が生じやすい。これらの材料を鍛造炉に直接供給すると、成形プロセス中にこれらの欠陥が内部損傷や表面欠陥に伝播する可能性が高くなります。したがって、すべての型鍛造ビレットには標準化された精密機械加工が必要です。-棒材は旋削とセンタレス研削を使用して均一に成形され、ビレットの表面が平らで滑らかで、ピット、残留酸化物層、機械加工不純物がないことが保証されます。ブランク切断にはバンドソーを使用した冷間切断が推奨されます。酸素-燃料のカットは禁止されています。これにより、酸素燃料切断によって引き起こされる熱影響部、表面酸化、粗粒構造などの問題が効果的に回避され、ブランクのマトリックス構造の均一性と完全性が確保され、その後の安定した鍛造の基礎が築かれます。-

II.高温加熱プロセスの制御-

高温加熱プロセス中、チタン合金は水素や酸素の吸収を非常に受けやすく、材料の脆化や微細構造の劣化を引き起こす可能性があります。したがって、加熱工程は型鍛造の品質を管理する重要な工程となります。加熱する前に、スケール、スラグ、およびあらゆる種類の破片を炉の底から完全に除去して、炉室が清潔で汚染源がないことを確認する必要があります。製造中に酸化雰囲気中で加熱すると、チタン合金の水素飽和が効果的に抑制され、ガス元素による汚染が減少し、高温酸化欠陥が最小限に抑えられます。-過度の高温や保持時間の延長による異常粒成長を回避し、鍛造品の靱性や疲労特性の低下を防ぐために、製造時の加熱温度と保持時間を厳密に制御する必要があります。同時に、予熱温度を摂氏 250 ～ 350 度の範囲内に制御し、少なくとも 12 時間保持する、金型の予熱プロトコルに従う必要があります。適切な予熱により、ビレットとダイ間の温度差が大幅に減少し、それにより表面熱応力と鍛造部品の亀裂のリスクが低下し、成形安定性が向上します。

Ⅲ．鍛造潤滑技術

チタン合金は高温可塑性と流動特性が悪く、金型に付着する傾向が強いため、金型鍛造プロセス中に金型の固着、スコアリング、剥離などの欠陥が発生する可能性が高くなります。-したがって、特殊な潤滑技術が不可欠です。適切な潤滑により、メタルフロー特性が大幅に改善され、成形抵抗が低減され、鍛造品と金型間の直接接着が防止され、鍛造品の表面品質と寸法精度が効果的に向上します。業界標準で確立された-潤滑システムは、主に媒体としてグラファイトを使用し、コロイド状グラファイト水溶液、油-ベースのグラファイト混合物、または水-ベースのグラファイトコーティングを使用します。これらは金型キャビティの表面を覆うように均一にスプレーされ、チタン合金の高温型鍛造作業の要件を満たす、安定した-耐高温性-の潤滑層を形成します。-

IV.中子鍛造パラメータの制御

変形、変形温度、および変形の均一性は、チタン合金の型鍛造における 3 つの中心的なパラメータです。従来のチタン合金の型鍛造では、有効変形を 40 ～ 80% の範囲内に一貫して維持する必要があります。最終の鍛造段階では、ビレット全体の十分な変形、均一な金属の流れ、および一貫した温度分布を確保することが重要です。鍛造品の表面や内部にせん断亀裂や折り曲げ欠陥が形成されるのを防ぐため、低温での低変形成形は固く禁止されています。-二相チタン合金部品の場合、熱処理では結晶粒を微細化することができません。微細構造の改良と性能向上は完全に塑性変形に依存しています。したがって、鍛造作業ごとおよび全体の両方で十分な変形を確保することが重要です。大幅な塑性変形により、粗い微細構造が破壊されて均一で微細なマトリックス粒子が得られ、それによって鍛造部品の強度と靱性のバランスが確保されます。

V.-鍛造後の表面洗浄プロセス

チタン合金を高温で鍛造すると、表面に緻密で脆い酸化物層が急速に形成されます。この酸化層は非常に硬く、脆いのです。速やかに洗浄しないと、次の鍛造工程で硬質酸化層が母材に圧力を加え、表面の割れや剥離、介在物の増殖を引き起こし、最終製品の品質に重大な影響を及ぼします。したがって、各鍛造パスの後に専用の表面洗浄プロセスを実行する必要があります。サンドブラストプロセスは、表面のスケール、汚染層、欠陥層を徹底的に除去することを優先して、次のパスの成形界面がきれいで微細構造が連続していることを保証し、それによって複数の鍛造パスを通じて安定した制御可能な品質を達成する必要があります。

VI.特殊な鍛造金型の設計に関する重要な考慮事項

チタン合金の型鍛造金型の設計ロジックは、従来の鋼鍛造金型の設計ロジックとは大きく異なり、チタン合金の変形特性に合わせた特殊な最適化が必要です。{0}

まず、収縮率に違いがあります。チタン合金鍛造品の収縮率は鋼の収縮率よりもはるかに低いです。チタンとスチールの収縮率は一貫して 1:1.87 であるため、金型の寸法補正は個別に計算する必要があります。鋼鍛造品に使用されるパラメータはここでは適用できません。

2つ目は抗折強度設計です。同等の金型キャビティの深さと構造の複雑さの条件下では、チタン合金はより大きな成形抵抗を示します。金型全体の剛性と変形に対する耐性を高めるには、金型の全体の厚さを鋼鍛造金型と比較して 50% 増やす必要があります。

第三に、構造の詳細を最適化する必要があります。メタルフロー抵抗と応力集中を軽減するために、ダイキャビティフィレットの半径を適度に大きくする必要があります。同時に、金型キャビティの全体的な表面仕上げを改善して、鍛造傷やえぐりを最小限に抑え、それによって鍛造部品の表面仕上げを向上させ、成形の安定性を確保する必要があります。

結論

チタン合金の型鍛造は、高精度、複数の結合、高度に相互依存するプロセスシステムであり、ビレットの準備、加熱計画、潤滑システム、鍛造パラメータ、表面洗浄、金型設計、二相領域の微細構造制御が最終部品の品質を直接決定します。-生産プロセス全体にわたる標準化され洗練されたプロセス制御により、酸化、亀裂、ダイスティッキング、微細構造の不均一性などの一般的な欠陥を効果的に回避でき、高性能で一貫性の高いチタン合金精密鍛造品の安定した生産が保証されます。{4}}これにより、ハイエンドの航空宇宙機器やさまざまな精密チタン部品の大規模生産のための強固なプロセス基盤が提供されます。{6}

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