티타늄 합금 단조의 다양한 균열 유형 분석

티타늄 합금은 높은 특이 적 강도, 부식성 및 고온 저항으로 인해 항공 우주, 조선 및 생물 의학 분야에서 널리 사용됩니다. 그러나 단조 공정 중에 균열 결함이 발생하기 쉽고 제품 품질 및 생산 효율성에 심각한 영향을 미칩니다. 이 기사는 티타늄 합금 단조의 일반적인 크래킹 유형을 체계적으로 검토하여 일반적인 사례와 주요 프로세스 제어 포인트와 결합하여 업계에 대한 기술적 참조를 제공합니다.

끝면 균열 : 초기 단조의 "치명적인 상처"

엔드 페이스 크래킹은 티타늄 합금 단조에서 가장 흔한 결함 중 하나이며, 종종 잉곳에서 화를 내거나 그리기 단계에서 발생합니다. 그것의 특징적인 특징은 빌릿의 끝면을 따라 방사상으로 전파되는 균열이며, 심한 경우에는 추가 단조를 방지 할 수 있습니다. 주요 원인은 다음과 같습니다.

잔류 야금 결함 :잉곳의 머리에서 수축 공동을 불완전하게 제거하거나 꼬리에서 차가운 닫으면 압력을 단조 하에서 균열원이 될 수 있습니다. 예를 들어, TC4-LC 티타늄 합금 잉곳은 지하 표면 구멍의 불완전한 제거로 인해 첫 번째 드로잉 화재 동안 측면에 통을 뚫고 발생했습니다.

통제되지 않은 온도 그라디언트 :화를내는 동안 끝면과 망치 모루 사이의 접촉은 빠른 열 소산을 유발합니다. 도면 동안, 끝면의 벌어진 부분에서의 냉각 속도는 30도 /s를 초과하여 국소화 된 브리티 니스를 유발합니다.

고르지 않은 변형 :단일 패스의 과도한 감소 또는 과도한 변형 속도는 끝면의 코어에서 금속 흐름을 방해하여 침몰 한 균열을 초래합니다. 직경이 약 85mm 인 Ta15 티타늄 합금 막대에서, 과도한 드로잉 속도로 인해 최대 12mm 깊이의 내부 균열이 코어에서 감지되었습니다.

예방 조치 : 초음파 테스트를 사용하여 Ingot 결함을 철저히 제거하십시오. 화를내는 동안 절연 양모로 빌릿 끝면을 덮고, 패스 당 감소를 15mm 이상으로 제어하고, 해머 모루 예열 온도를 300도 이상으로 최적화하십시오.

 

접이식 크래킹 : 숨겨진 "표면 킬러"

접는 크래킹은 일반적으로 단조 공정 동안 방해 된 금속 흐름으로 인해 발생하며 빌릿 내 또는 내부의 층 결함으로 나타납니다. 형성 메커니즘은 세 가지 유형으로 분류 될 수 있습니다.

초기 결함 :높이 대 기준 비율이 2.5보다 크거나 동일한 잉곳 또는 중간 샘플링의 잔류 홈으로 인해 화를내는 동안 결함을 따라 금속 폴딩이 발생합니다. TB6 티타늄 합금 빌렛은 폴란드 샘플링 그루브로 인해 단조 후 최대 8mm의 접이식 균열을 일으켰습니다.

프로세스 오류 :빌릿은 톱질하는 동안 기울어지고, 단면이 갑자기 변화합니다. 180도를 뒤집고 계속 처리하는 동안 날카로운 모서리를 연마하지 않으면 접는 것이 유발 될 수 있습니다.

보조 프로세스 결함 :가공 공구 자국, 산화물 스케일 침입 및 기타 결함은 후속 단조 동안 주름으로 확장 될 수 있습니다.

전형적인 경우 : 항공기 엔진 디스크의 다이 단축 중에, 산화물 스케일은 이별 표면으로부터 청소되지 않았으므로 과도한 폴드 깊이와 30% 스크랩 속도가 발생했습니다. 솔루션 : 빌렛 표면에서 염료 침투 테스트를 수행하여 폴드 깊이를 0.5mm보다 작거나 동일하게 제어합니다.

 

찢어지고 내부 균열 : 더 깊은 "유기 위기"

눈물은 종종 인장 변형 단계에서 발생하며 가로 균열로 나타납니다. 그들의 근본 원인은 다음과 같습니다.

제어되지 않은 변형 매개 변수 :단일 패스에서 과도한 감소 또는 과도한 감소율은 금속 흐름이 고르지 않습니다. 하나의 TB6 티타늄 합금 슬래브에서, 60mm의 단일 사이드 감소로 인해, 눈 깊이는 플레이트 두께의 절반을 초과 하였다.

툴링 마모 :모루 가장자리에 마모하면 스트레스 농도가 발생합니다. 다른 TC4-DT 티타늄 합금 계단 샤프트에서, 안빌의 변형은 단계 전이에서 찢어졌다.

내부 균열은 빌릿 내에 숨겨져 있으며 일반적으로 소규모 게이지 재료 (Ø 90mm 이하 또는 동일) 또는 배정이 어려운 합금 (예 : Ti3al 및 Ti2alnb)에서 발견됩니다. 그들의 형성은 다음 요인과 관련이 있습니다.

야금 분리 :텅스텐 및 몰리브덴과 같은 내화성 원소의 분리는 국소 소성 감소로 이어진다. TA15 티타늄 합금의 결함 검출 동안, 코어에서 내부 균열이 발견되었고, 분석 결과 NB 분리에 의해 야기 된 것으로 나타났습니다.

온도 관리 실패 :실수가 낮거나 역 단조로 온도 그라디언트가 50도를 초과합니다. 특정 TI60 합금은 지나치게 빠른 수냉식으로 인해 모따기에서 길이가 200mm를 초과하는 세로 내부 균열을 개발했습니다.

공정 최적화 : 누적 변형이 70%를 초과 할 때 중간 어닐링이 수행되면서 다 방향 단조 공정 (혼란 스레치-셋 사이클 사이클)이 채택되었습니다. 빌렛 온도 차이가 30도 미만으로 유지되도록 적외선 열 이미징 시스템을 설치했습니다.

 

부서지기 쉬운 균열 : 고온 합금의 "아킬레스 힐"

형태가 어려운 고온 티타늄 합금 (예 : TC19 및 IMI 834)은 온도에 매우 민감하며 단조 중에 부서지기 쉽습니다.

마지막으로 최종 단조 온도 :재결정화 온도 아래에서 금속의 가소성이 급격히 떨어집니다. 최종 단조 온도가 980 도인 특정 고온 티타늄 합금 테스트 재료는 균열로 인해 거의 파산되었습니다.

가열 공정 결함 :지나치게 빠른 가열 속도는 끝과 중심 사이의 온도 구배가 100도 이상의 결과를 초래했습니다. TI3AL 잉곳은 불균일 절연 포장으로 인해 가열 중에 국소화 된 취성 골절을 겪었습니다.

부적절한 냉각 방법 :사후 수 냉각은 스트레스 농도를 유발했습니다. TC19 합금의 반올림 동안, 모형 가장자리에서 차등 냉각 속도로 인해 종 방향 균열이 발생했습니다.

예방 및 제어 전략 : 단계적 난방 공정 (예 : 600도, 800도 및 1000도)을 구현하여 전환 지점의 50도 내에서 최종 위조 온도를 유지합니다. 형태가 어려운 합금의 경우 석면 클래딩을 사용하십시오. TA12A 합금의 경우, 석면 클래딩을 통해 위조 수율 속도가 63.29%에서 71.45%로 증가했습니다.

 

표면 균열 및 알파 취성 층 : 숨겨진 "성능 킬러"

표면 균열은 종종 과도하게 낮은 최종 단조 온도 또는 연장 된 다이 접촉 시간으로 인해 발생합니다. 티타늄 합금 껍질은 거친 가공 중에 통과하는 것으로 밝혀졌습니다. 근본 원인은 다이 단조 후 등온 어닐링 중에 산소가 풍부한 알파 층 (최대 0.2mm 두께)의 형성으로 표면 경도를 30% 증가시키고 브리티 니스를 크게 증가시켰다.

해결책:

윤활유 적용 :프레스 다이 단조 중 유리 윤활제를 사용하여 빌릿과 다이 사이의 마찰을 줄입니다. 해머 위조 중에 빌릿과 하부 다이의 접촉 시간을 2 초 이상 또는 동일하게 단축하십시오.

분위기 통제 :단조 또는 열처리 중에 퍼니스에서 약간 산화 된 대기 (O₂ 함량이 0.5%이상)를 유지하십시오. 과도한 수소 함량으로 진공 어닐링 부품.

 

티타늄 합금 단조의 균열을 예방하고 제어하려면 전체 야금, 공정 및 장비 체인에 걸쳐 포괄적 인 접근이 필요합니다. 가열 온도 프로파일을 최적화하고 (예 : 초기 단조 온도 150-250도를 제어), 다 방향 단조 공정을 구현하며 온라인 초음파 테스트 (화재 당 2 회 또는 동일)를 강화함으로써 균열의 위험이 크게 줄어들 수 있습니다. 앞으로 프로세스 시뮬레이션을 단조하는 데 디지털 트윈 기술을 적용하면 티타늄 합금 균열의 예측 및 제어가 더 높은 정밀도로 이동하여 고급 장비 제조에보다 신뢰할 수있는 재료 지원을 제공 할 것입니다.