¿Cuáles son los factores clave que afectan el flujo de metal en la extrusión de material de titanio?

El moldeo por extrusión es un método importante para el procesamiento plástico de materiales de titanio. El estado de flujo del metal es el factor central de la calidad de los productos extruidos; su uniformidad afecta directamente las propiedades mecánicas, la precisión dimensional y la calidad de la superficie de los productos. El flujo desigual puede causar defectos, como cavidades por contracción, grietas y segregación de la composición.

 

 

La estructura cristalina, composición química y propiedades termofísicas demateriales de titanioson factores inherentes. Durante la extrusión, estos factores determinan el comportamiento del flujo del metal e influyen directamente en la capacidad de deformación plástica y la resistencia al flujo.

 

1. Estructura cristalina y características de transformación de fase.

• Transformación de fase del titanio puro: a temperatura ambiente, es -Ti con poca plasticidad a baja-temperatura y flujo desigual; por encima de 882 grados, se transforma en -Ti con plasticidad mejorada y flujo más uniforme.

 

• Influencia de los elementos de aleación: -los elementos estabilizadores como Al y Sn aumentan la temperatura de transformación de fase; -los elementos estabilizadores (Mo y V) disminuyen la temperatura de transformación de fase. Se requiere un control preciso de la temperatura según la composición para lograr el flujo óptimo

2. Composición química y contenido de impurezas.

• Influencia de los componentes principales: altera la plasticidad y la resistencia a la deformación a altas-temperaturas; las desviaciones en la composición del rango de diseño fácilmente conducen a un flujo desigual.

 

• Influencia de las impurezas: O, N y C aumentan la resistencia y reducen la plasticidad. Es probable que produzca grietas; una pequeña cantidad de Fe es beneficiosa para la plasticidad, pero un exceso de Fe forma fases frágiles que dificultan el flujo. Necesita un estricto control de impurezas.

3. Propiedades termofísicas

• Baja conductividad térmica: el calor de deformación es difícil de disipar, propenso a altas temperaturas locales, lo que da como resultado centros blandos con flujo rápido y bordes duros con flujo lento, formando una diferencia de velocidad de flujo.

 

• Coeficiente de expansión lineal pequeño: contracción/expansión de volumen bajo, pero un control de temperatura inadecuado generará tensión térmica, cambiando la dirección del flujo y afectando la precisión dimensional.

 

 

1. Temperatura de extrusión

El objetivo es ajustar la estructura de fases del material controlando el rango de temperatura, equilibrando la plasticidad y el rendimiento.

• Baja temperatura (por debajo del punto de transformación de fase): mala plasticidad, fácil agrietamiento y flujo de metal desigual, lo que debe evitarse en la medida de lo posible.

 

• Temperatura media (cerca del punto de transformación de fase): + región de fase dual-, que requiere un control preciso de la temperatura; de lo contrario, es probable que se produzca tensión interna.

 

• Alta temperatura (por encima del punto de transformación de fase): buena plasticidad y flujo uniforme, pero una temperatura excesivamente alta provocará crecimiento del grano y reducción de la resistencia.

 

• Ejemplo: La aleación Ti-6Al-4V se usa comúnmente a 920-980 grados (región de fase +) para equilibrar la plasticidad y la estabilidad del grano.

2. Velocidad de extrusión

Regular la estabilidad del flujo controlando el tiempo de deformación y el calor.

• Baja velocidad: Flujo uniforme y buena calidad superficial, pero baja eficiencia de producción y fácil adhesión al molde.

 

• Alta velocidad: rápido aumento de temperatura local y flujo acelerado, pero propenso a "avance de flujo", lo que provoca desviaciones dimensionales o grietas.

 

• Punto clave: los materiales de titanio tienen una baja conductividad térmica, por lo que es necesario un control estricto de la velocidad. La velocidad común para el titanio puro es de 5 a 15 mm/s, y para la aleación Ti-6Al-4V es de 3 a 10 mm/s; exceder 20 mm/s es fácil de defectos.

3. Relación de extrusión

Refleja el grado de deformación del material, afectando la uniformidad y densidad del flujo.

• Pequeña relación de extrusión (<10): Small deformation, flow concentrated in the center, and easy "subsurface porosity" at the edges.

 

• Large extrusion ratio (>10): Deformación suficiente, flujo uniforme y alta densidad, pero gran resistencia a la deformación y fácil desgaste del molde.

 

• Ejemplo: 8-15 para perfiles de paredes delgadas y 15-25 para varillas sólidas de titanio, adaptándose a los diferentes requerimientos del producto.

4. Condiciones de lubricación

Función principal: reducir la fricción entre el molde y el material, facilitar el flujo uniforme del metal y reducir el desgaste del molde y el consumo de energía.

• Requisito clave: la temperatura de extrusión del material de titanio es alta y los lubricantes convencionales fallan fácilmente; Se deben utilizar lubricantes resistentes a altas-temperaturas.

 

• Solución preferida: los lubricantes para vidrio pueden formar una película aislante, reduciendo el coeficiente de fricción de 0,3-0,5 a 0,1-0,2, y también proporcionan aislamiento térmico y reducción de daños.

 

• Advertencia de riesgo: una lubricación insuficiente o una falla del material provocarán "zonas de flujo estancado", lo que provocará rayones en la superficie del producto y grietas internas.

 

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