Caratteristiche e proprietà del titanio e dei materiali in lega di titanio
Il titanio e le leghe di titanio hanno molte proprietà eccellenti, che si riflettono principalmente nei seguenti aspetti:
1. Alta resistenza. La lega di titanio ha un'elevata resistenza, la sua resistenza alla trazione è 686-1176MPa e la sua densità è solo circa il 60% dell'acciaio, quindi la sua resistenza specifica è molto elevata.
2. Elevata durezza. La durezza HRC della lega di titanio (stato ricotto) è 32-38.
3. Basso modulo elastico. Il modulo elastico della lega di titanio (stato ricotto) è 1.078×10-1.176×10MPa, che è circa la metà di quello dell'acciaio e dell'acciaio inossidabile.
4. Eccellenti prestazioni alle alte e basse temperature. Ad alte temperature, le leghe di titanio possono ancora mantenere buone proprietà meccaniche, la loro resistenza al calore è molto più elevata di quella delle leghe di alluminio e il loro intervallo di temperature di utilizzo è ampio. Allo stato attuale, la temperatura di esercizio delle nuove leghe di titanio resistenti al calore può raggiungere i 550-600 gradi; a basse temperature, la resistenza delle leghe di titanio è migliorata rispetto alle temperature normali e hanno una buona tenacità. Le leghe di titanio a bassa temperatura possono ancora mantenere una buona tenacità a -253 gradi.
5. Il titanio ha una forte resistenza alla corrosione. Nell'aria al di sotto dei 550 gradi, sulla superficie del titanio si formerà rapidamente una pellicola di ossido sottile e densa. Pertanto, la sua resistenza alla corrosione in mezzi ossidanti come atmosfera, acqua di mare, acido nitrico e acido solforico e alcali forti è migliore di quella della maggior parte degli acciai inossidabili.
Le leghe di titanio hanno elevata resistenza e durezza, quindi le apparecchiature di lavorazione devono essere potenti e gli stampi e gli utensili da taglio devono avere elevata resistenza e durezza. Durante il taglio, l'area di contatto tra il truciolo e la superficie di spoglia è piccola e la sollecitazione sulla punta dell'utensile è elevata. Rispetto all'acciaio 45, sebbene la forza di taglio della lega di titanio sia solo 2/3-3/4, l'area di contatto tra il truciolo e la superficie di spoglia è più piccola (solo 1/2-2/3 dell'acciaio 45 ), quindi il taglio dell'utensile Lo stress sulla lama è elevato e la punta dell'utensile o il tagliente sono facili da indossare; la lega di titanio ha un elevato fattore di attrito e una bassa conduttività termica (rispettivamente solo 1/4 e 1/16 di ferro e alluminio); il contatto tra l'utensile e il truciolo è dovuto alla sua breve lunghezza, il calore di taglio si accumulerà in una piccola area vicino al tagliente e non verrà dissipato facilmente. Questi fattori rendono la temperatura di taglio della lega di titanio molto elevata, con conseguente usura accelerata dell'utensile e incidendo sulla qualità della lavorazione. A causa del basso modulo elastico della lega di titanio, il pezzo rimbalza notevolmente durante il taglio, il che può facilmente causare una maggiore usura del fianco dell'utensile e la deformazione del pezzo. Le leghe di titanio sono altamente attive chimicamente alle alte temperature e reagiscono facilmente con le impurità gassose come l'idrogeno e l'ossigeno presenti nell'aria. La reazione chimica genera uno strato indurito, aggravando ulteriormente l'usura dell'utensile; nel taglio delle leghe di titanio, il materiale del pezzo si attacca facilmente alla superficie dell'utensile e, insieme all'elevata temperatura di taglio, l'utensile è soggetto a usura per diffusione e usura adesiva.
Le leghe di titanio hanno proprietà chimiche attive e sono facilmente compatibili e aderiscono agli abrasivi ad alte temperature, intasando la mola, con conseguente aumento dell'usura della mola, prestazioni di rettifica ridotte e difficoltà nel garantire la precisione della rettifica. L'usura della mola aumenta anche l'area di contatto tra la mola e il pezzo in lavorazione, causando il deterioramento delle condizioni di dissipazione del calore e un brusco aumento della temperatura nell'area di macinazione, formando un grande stress termico sulla superficie di macinazione, causando ustioni locali sul pezzo e provocando crepe da molatura. La lega di titanio ha un'elevata resistenza e tenacità, il che rende difficile la separazione dei trucioli durante la macinazione, aumenta la forza di macinazione e aumenta di conseguenza il consumo energetico di macinazione. La lega di titanio ha una bassa conduttività termica e un calore specifico ridotto. La conduzione del calore è lenta durante la macinazione, provocando un accumulo di calore nella zona dell'arco di macinazione, provocando un brusco aumento della temperatura della zona di macinazione.
Quando si estrude titanio e leghe di titanio, sono necessarie un'elevata temperatura di estrusione e un'elevata velocità di estrusione per evitare che la temperatura scenda troppo rapidamente. Allo stesso tempo, il tempo di contatto tra il pezzo grezzo ad alta temperatura e lo stampo dovrebbe essere ridotto il più possibile. Pertanto, la matrice di estrusione dovrebbe utilizzare nuovi materiali resistenti al calore e anche la velocità di trasporto del pezzo grezzo dal forno di riscaldamento al cilindro di estrusione dovrebbe essere elevata. Poiché il metallo viene facilmente contaminato dal gas durante il riscaldamento e l'estrusione, è necessario adottare anche misure protettive adeguate. Durante l'estrusione è necessario selezionare lubrificanti appropriati per prevenire l'adesione allo stampo, come l'estrusione della camicia e l'estrusione lubrificata con vetro. A causa del grande effetto termico della deformazione del titanio e delle leghe di titanio e della scarsa conduttività termica, è necessario prestare particolare attenzione alla prevenzione del surriscaldamento durante l'estrusione e la deformazione. Il processo di estrusione della lega di titanio è più complicato di quello della lega di alluminio, della lega di rame e persino dell'acciaio. Ciò è determinato dalle speciali proprietà fisiche e chimiche della lega di titanio. Durante l'estrusione inversa a caldo convenzionale della lega di titanio, la temperatura della matrice è bassa, la temperatura superficiale della billetta a contatto con la matrice diminuisce rapidamente, mentre la temperatura all'interno della billetta aumenta a causa del calore di deformazione. A causa della bassa conduttività termica della lega di titanio, dopo che la temperatura superficiale diminuisce, il calore della billetta interna non può essere trasferito alla superficie in tempo per ricostituirla e apparirà uno strato superficiale indurito, rendendo difficile il proseguimento della deformazione. Allo stesso tempo, apparirà un ampio gradiente di temperatura tra lo strato superficiale e lo strato interno. Anche se può formarsi, è facile causare deformazioni e strutture irregolari.
Le leghe di titanio sono molto sensibili ai parametri del processo di forgiatura. I cambiamenti nella temperatura di forgiatura, nella quantità di deformazione, nella quantità di deformazione e nella velocità di raffreddamento causeranno cambiamenti nella struttura e nelle proprietà delle leghe di titanio. Al fine di controllare meglio le proprietà strutturali dei pezzi fucinati, negli ultimi anni, tecnologie avanzate di forgiatura come la forgiatura a caldo e la forgiatura isotermica sono state ampiamente utilizzate nella produzione di forgiatura delle leghe di titanio.
La plasticità delle leghe di titanio aumenta con la temperatura. Nell'intervallo di temperatura di 1000-1200 gradi, la plasticità raggiunge il valore massimo e il grado di deformazione consentita raggiunge il 70%-80%. L'intervallo di temperature di forgiatura delle leghe di titanio è ristretto e deve essere rigorosamente controllato in base alla ( )/temperatura di trasformazione (ad eccezione delle aperture dei lingotti), altrimenti i grani cresceranno violentemente e ridurranno la plasticità a temperatura ambiente; le leghe di titanio sono solitamente comprese tra ( ) La forgiatura viene eseguita nella regione della fase perché la temperatura di forgiatura al di sopra della ( )/linea di trasformazione è troppo alta, il che porterà alla generazione di fase fragile. Sia la forgiatura iniziale che quella finale della lega di titanio devono essere superiori alla temperatura ( )/di trasformazione. La resistenza alla deformazione della lega di titanio aumenta rapidamente con l'aumento della velocità di deformazione, tra cui la temperatura di forgiatura ha una maggiore influenza sulla resistenza alla deformazione della lega di titanio. Pertanto, la forgiatura convenzionale deve essere eseguita nello stampo di forgiatura con un raffreddamento minimo. Anche il contenuto di elementi interstiziali (come O, N, C) ha un impatto significativo sulla fucinabilità delle leghe di titanio.
