Πριν κατανοήσουμε τη διαδικασία σφυρηλάτησης, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε πρώτα τις μοναδικές ιδιότητες των κραμάτων τιτανίου, οι οποίες καθορίζουν τη δυσκολία και την ειδικότητα της σφυρηλάτησης τους.
1. Υψηλή ειδική αντοχή (λόγος αντοχής/πυκνότητας): Η αντοχή των κραμάτων τιτανίου είναι κοντά σε αυτήν ορισμένων χάλυβα, αλλά η πυκνότητά τους είναι μόνο 60% αυτής του χάλυβα, που είναι το σημαντικότερο πλεονέκτημά τους.
2. Καλή απόδοση υψηλής- θερμοκρασίας: Μπορεί να διατηρήσει υψηλή αντοχή στους 400-550 βαθμούς C, ενώ η αντοχή του κράματος αλουμινίου θα μειωθεί απότομα πάνω από τους 200 βαθμούς .
3. Ισχυρή αντοχή στη διάβρωση: Η επιφάνεια είναι επιρρεπής στο σχηματισμό ενός πυκνού και σταθερού φιλμ οξειδίου, το οποίο έχει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση στην ατμόσφαιρα, το θαλασσινό νερό και διάφορα χημικά μέσα.
4. Υψηλή χημική δραστηριότητα: Αυτή είναι η βασική πρόκληση της σφυρηλάτησης. Σε υψηλές θερμοκρασίες (ιδιαίτερα πάνω από 800 βαθμούς C), το τιτάνιο αντιδρά με το οξυγόνο, το άζωτο και το υδρογόνο στον αέρα.
Απορρόφηση οξυγόνου: Ο σχηματισμός ενός σκληρού και εύθραυστου δέρματος οξειδίου ( Case) στην επιφάνεια μπορεί να μειώσει την αντοχή στην κόπωση και τη σκληρότητα των εξαρτημάτων.
Απορρόφηση υδρογόνου: μπορεί να προκαλέσει ευθραυστότητα του υδρογόνου, οδηγώντας σε μείωση της πλαστικότητας του υλικού.
5. Κακή θερμική αγωγιμότητα: Η θερμική αγωγιμότητα του τιτανίου είναι περίπου 1/5 αυτής του χάλυβα και 1/15 εκείνης του αλουμινίου. Αυτό οδηγεί σε μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού του billet κατά τη θέρμανση σφυρηλάτησης, η οποία δημιουργεί εύκολα θερμική καταπόνηση. Κατά την παραμόρφωση σφυρηλάτησης, η θερμότητα δεν διαχέεται εύκολα, με αποτέλεσμα τοπική υπερθέρμανση που μπορεί να συγκεντρωθεί στη ζώνη παραμόρφωσης και να υπερβεί την επιτρεπόμενη θερμοκρασία σφυρηλάτησης.
6. Υψηλή αντοχή στην παραμόρφωση και στενό εύρος πλαστικότητας: Τα κράματα τιτανίου έχουν υψηλή αντοχή σε θερμοκρασία δωματίου και είναι δύσκολο να παραμορφωθούν. Η σφυρηλάτησή του πρέπει να πραγματοποιείται εντός συγκεκριμένου εύρους θερμοκρασιών. Εάν η θερμοκρασία είναι πολύ υψηλή, θα προκαλέσει χονδρούς κόκκους (ευθραυστότητα) ή υπερβολική καύση. Εάν η θερμοκρασία είναι πολύ χαμηλή, θα προκαλέσει απότομη αύξηση της αντίστασης στην παραμόρφωση και μπορεί να ραγίσει.
Η σφυρηλάτηση κραμάτων τιτανίου συνήθως ακολουθεί τα ακόλουθα βασικά βήματα:
1. Κοπή υλικού
Συνήθως, χρησιμοποιείται πριονοκορδέλα ή τόρνος για την κοπή για να διασφαλιστεί ότι η ακραία επιφάνεια είναι επίπεδη, χωρίς γρέζια και ρωγμές, προκειμένου να αποτραπεί η διάδοση των ρωγμών κατά τη θέρμανση και τη σφυρηλάτηση.
2. Θέρμανση
Αυτή είναι η πιο κρίσιμη διαδικασία προετοιμασίας.
Θερμοκρασία θέρμανσης: προσδιορίζεται αυστηρά σύμφωνα με την ποιότητα του κράματος. Συνήθως, σφυρηλατείται στους 20-50 βαθμούς C κάτω από το σημείο μετάβασης φάσης (T ) (στη ζώνη +) ή πάνω από το T (στη ζώνη). Το εύρος θερμοκρασίας σφυρηλάτησης για κράματα που χρησιμοποιούνται συνήθως όπως το TC4 (Ti-6Al-4V) είναι περίπου 900-950 βαθμοί C.
3.Εξοπλισμός θέρμανσης: Πρέπει να χρησιμοποιούνται ηλεκτρικοί φούρνοι ή θωρακισμένοι φούρνοι αερίου. Δώστε προτεραιότητα στη σύσταση κλιβάνων ελεγχόμενης ατμόσφαιρας ή κλιβάνων κενού για την ελαχιστοποίηση της ρύπανσης αερίων. Εάν χρησιμοποιείται φούρνος κανονικής αντίστασης, θα πρέπει να διατηρείται μια ελαφρώς οξειδωτική ατμόσφαιρα μέσα στον κλίβανο για να αποφευχθεί μια αναγωγική ατμόσφαιρα (για να αποφευχθεί η υδρογόνωση).
4.Χρόνος θέρμανσης: προσδιορίζεται ανάλογα με το μέγεθος του μπιλιέτας, εξασφαλίζοντας ομοιόμορφη θερμοκρασία μέσα και έξω από το billet. Λόγω της κακής θερμικής αγωγιμότητας, ο χρόνος θέρμανσης είναι συνήθως μεγαλύτερος από αυτόν του χάλυβα.
