Cinco métodos de enfriamiento y características del proceso para la forja de aleaciones de titanio

Aleaciones de titanioson sensibles a la transformación de fase. Ligeras diferencias en la velocidad de enfriamiento posterior a la forja pueden alterar la morfología, el tamaño y la distribución de las fases, lo que da como resultado gradientes de propiedades en resistencia, tenacidad, ductilidad y rendimiento ante la fatiga de las piezas forjadas. En la forja industrial se adoptan comúnmente cinco métodos de enfriamiento: enfriamiento por horno, enfriamiento por aire, enfriamiento por aire forzado, enfriamiento con aceite y enfriamiento con agua, con velocidades de enfriamiento que aumentan progresivamente para cumplir con los requisitos de rendimiento de diferentes grados y componentes de aleaciones de titanio.

 

 

 

1.Parámetros del proceso

Enfriamiento lento en horno sellado después de la forja final, con una velocidad de enfriamiento inferior a 1 grado/s. El enfriamiento se produce de manera constante sin choque térmico.

 

2.Microestructura

Se produce una transformación de fase suficiente, lo que produce una fase primaria equiaxial gruesa más una matriz laminar continua. Los granos son uniformes; no se forma martensita. La microestructura es estable sin distorsión ni tensión interna.

 

3.Proceso y desempeño

Óptima ductilidad-tenacidad y resistencia a la fatiga; Alta precisión dimensional con tensión residual casi nula y bajo riesgo de deformación y agrietamiento. Sin embargo, presenta largos ciclos de enfriamiento, baja eficiencia y alto consumo de energía, y no es adecuado para la producción en masa.

 

4.Aplicaciones

Piezas forjadas de titanio puro y aleaciones casi de titanio; componentes estáticos de motores de aviación, piezas médicas de alta precisión, piezas que soportan presión resistentes a la corrosión y otros componentes que requieren buena ductilidad-tenacidad y estabilidad dimensional con requisitos de resistencia moderados.

 

 

1.Parámetros del proceso

Un proceso de forja convencional. El calor se disipa naturalmente a temperatura ambiente con una velocidad de enfriamiento de 1 a 10 grados/s. No se requiere equipo adicional y el funcionamiento es sencillo.

 

2.Microestructura

Sin engrosamiento ni distorsión del grano. Se obtiene una microestructura laminar uniforme + de fase dual con granos primarios refinados e interfaces de fase bien unidas.

 

3.Proceso y desempeño

Fuerza-resistencia equilibrada. La resistencia y la dureza son mayores que las que se logran mediante el enfriamiento del horno, mientras que se conserva una ductilidad-tenacidad favorable. Tiene baja tensión residual, baja tasa de rechazo, cero consumo de energía adicional y amplia versatilidad, pero no puede satisfacer requisitos de resistencia ultraalta.

 

4.Aplicaciones

La mayoría de las aleaciones de titanio de doble fase, como las de grado 5; Componentes producidos en masa con un rendimiento integral equilibrado, incluidas piezas estructurales aeroespaciales, componentes automotrices livianos y piezas forjadas de mecánica general.

 

 

1.Parámetros del proceso

Una variante mejorada de refrigeración por aire. Los ventiladores ofrecen disipación de calor por convección forzada. La velocidad de enfriamiento varía de 10 a 30 grados/s y se puede ajustar de manera flexible según el tamaño de la pieza de trabajo y el grado del material.

 

2.Microestructura

El enfriamiento acelerado inhibe el crecimiento del grano, dando lugar a fases secundarias aciculares finas y de varillas cortas. Los granos en general son más finos y la microestructura es densa y homogénea.

 

3.Proceso y desempeño

La resistencia, la dureza, la resistencia al desgaste y el rendimiento ante la fatiga superan a los del enfriamiento por aire natural. La ductilidad-tenacidad disminuye moderadamente pero sigue siendo útil. Presenta bajo riesgo de deformación y agrietamiento, alta eficiencia de producción y bajo consumo de energía, sirviendo como proceso intermedio entre el enfriamiento por aire y el enfriamiento.

 

4.Aplicaciones

Varios + forjados de aleación de titanio; componentes que requieren una mayor capacidad de carga y al mismo tiempo evitan la deformación inducida por el enfriamiento, como piezas auxiliares de alas de aviones, componentes de transmisión de alta gama y bridas de titanio para energía eólica.

 

 

1.Parámetros del proceso

Enfriamiento de velocidad media-alta. Las piezas forjadas en caliente se sumergen en aceite de enfriamiento para eliminar el calor, logrando una velocidad de enfriamiento de 30 a 80 grados/s con gradientes de enfriamiento controlables, más suave que el enfriamiento con agua.

 

2.Microestructura

El subenfriamiento rápido genera ′‑martensita acicular fina, fase metaestable y fase primaria fina, formando una microestructura compuesta reforzada con granos finos y alta densidad de dislocaciones.

 

3.Proceso y desempeño

Fuerza, dureza y resistencia al desgaste muy mejoradas, así como una mayor capacidad de carga y antideformación. Los riesgos de agrietamiento y deformación son menores que en el enfriamiento con agua. Los inconvenientes incluyen ductilidad-tenacidad y tensión residual marcadamente reducidas; Se requiere un templado a baja temperatura para aliviar la tensión, lo que genera mayores costos de producción.

 

4.Aplicaciones

Forjados de aleaciones de titanio + y casi de alta resistencia; piezas estructurales militares y herrajes de alta resistencia resistentes al desgaste y a la carga. Adecuado para piezas que priorizan una alta dureza y resistencia a expensas de una ductilidad-tenacidad parcial; no aplicable a componentes de precisión de paredes delgadas o de formas especiales.

 

 

1.Parámetros del proceso

El proceso de enfriamiento más rápido. Las piezas forjadas en caliente se sumergen en agua clara para un enfriamiento drástico a una velocidad superior a 100 grados/s, lo que produce gradientes de temperatura y velocidades de transformación de fases extremos.

 

2.Microestructura

Un gran subenfriamiento desencadena una transformación de fase de desequilibrio, generando abundante ′‑martensita acicular fina y una fase metaestable. Los granos son extremadamente finos con la mayor densidad de dislocación, lo que sienta las bases para el endurecimiento por envejecimiento.

 

3.Proceso y desempeño

Ofrece el efecto fortalecedor más fuerte entre los cinco procesos, con dureza, resistencia a la tracción y resistencia al desgaste óptimas. Sin embargo, un enfriamiento drástico induce una tensión enorme, la ductilidad y la tenacidad disminuyen drásticamente y es probable que se produzcan deformaciones y microfisuras con altas tasas de rechazo. El envejecimiento posterior y el recocido para aliviar tensiones son obligatorios, lo que genera flujos de trabajo complejos y costes elevados.

 

4.Aplicaciones

Limitado a aleaciones de titanio de alta resistencia, estructura simple, sección transversal grande, paredes gruesas y componentes de aleaciones de titanio destinados al endurecimiento por envejecimiento. Se utiliza principalmente para piezas militares y aeroespaciales de alta resistencia. Estrictamente prohibido para componentes de paredes delgadas, formas especiales, alta precisión o alta tenacidad.

 

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