Анализ экструзии титана: ключевые факторы, влияющие на текучесть металла

Горячая экструзия играет решающую роль втитановый материалобработка. Однако уникальные физико-химические свойства титана и титановых сплавов делают этот процесс гораздо более сложным, чем у алюминиевых, медных сплавов или даже стали. Равномерность течения металла напрямую влияет на качество прессованной продукции. Сегодня мы углубимся в ключевые факторы, влияющие на текучесть металла во время экструзии титанового материала.

 

 

Проблемы, возникающие из-за свойственных титану характеристик

 

Титановые стержни и заготовки из титановых сплавов имеют низкую теплопроводность, что создает серьезные проблемы при горячей экструзии. Когда температура экструзионного цилиндра достигает 400 градусов Цельсия, разница температур между поверхностным и внутренним слоями заготовки может достигать 200-250 градусов Цельсия. В сочетании с эффектом газоабсорбционного упрочнения металл на поверхности и в центре заготовки имеет существенные различия в прочности и пластичности, что приводит к крайне неравномерной деформации при экструзии. Это приводит к возникновению существенных дополнительных растягивающих напряжений в поверхностном слое, что является основной причиной образования трещин и трещин на поверхности экструдированных изделий.

 

Кроме того, титановый материал при 980 и 1030 градусах образует плавкую эвтектику с материалами форм из сплавов на основе железа-или никеля-, вызывая сильный износ формы. Поэтому в настоящее время для экструзии прутков из титановых сплавов необходимы смазочные материалы.

 

Основные факторы, влияющие на текучесть металла

 

Метод экструзии

Различные методы экструзии существенно влияют на равномерность течения металла:

Обратная экструзия превосходит прямую экструзию, поскольку она изменяет направление и степень трения между металлом и экструзионным цилиндром, уменьшая сопротивление трения потоку металла и обеспечивая более плавный поток.

Холодная экструзия приводит к более равномерному потоку металла, чем горячая экструзия. Во время холодной экструзии металл находится в холодном состоянии, с высокой стойкостью к деформации, но со стабильной внутренней зернистой структурой, что приводит к относительно равномерной деформации различных частей. Во время горячей экструзии металл находится при высокой температуре, что снижает сопротивление деформации, но неравномерное распределение температуры может легко привести к неравномерности течения.

 

Экструзия со смазкой лучше, чем экструзия без смазки. Смазка образует смазочную пленку между металлом и формой, уменьшая трение и сопротивление, что приводит к более равномерному потоку металла. Поэтому метод экструзии в первую очередь влияет на текучесть металла за счет изменения условий трения.

 

Скорость экструзии

Увеличение скорости экструзии усугубляет неравномерность течения металла. Это связано с тем, что чрезмерная скорость не позволяет металлу полностью деформироваться и координировать свое течение, что приводит к неравномерному распределению внутренних напряжений. Например, во время высокоскоростной-экструзии металл у внутренней стенки экструзионного цилиндра течет медленно из-за высокого трения, тогда как металл в центре течет быстро, создавая значительную разницу.

 

Температура экструзии

Ключевым фактором является повышение температуры экструзии, которое снижает сопротивление деформации заготовки, но усугубляет неравномерность течения металла. Если экструзионный цилиндр и матрица нагреваются слишком слабо, разница температур между внешним и внутренним слоями увеличивается, что еще больше ухудшает неравномерность потока. Поскольку пластичность и прочность металла различаются при разных температурах, области с высокими-температурами демонстрируют лучшую пластичность и более быстрое течение, тогда как области с низкими-температурами показывают обратное. Кроме того, чем лучше теплопроводность металла, тем равномернее распределение температуры на торце заготовки, что приводит к более равномерному течению металла.

 

Прочность металла

В тех же условиях более высокая прочность металла приводит к более равномерному течению. Высокопрочные-металлы имеют прочную внутреннюю связь зерен, лучше передают напряжение и обеспечивают скоординированную деформацию различных частей; Металлы низкой-прочности из-за слабой связи зерен склонны к локализованной неравномерной деформации.

 

Угол штампа

Угол матрицы (угол между торцом матрицы и центральной осью) оказывает существенное влияние на текучесть металла. Больший угол матрицы приводит к более неравномерному потоку металла. Это связано с тем, что большой угол матрицы приводит к неравномерному распределению сопротивления при прохождении металла через матрицу; металл у внутренней стенки матрицы испытывает большее сопротивление и течет медленнее, а в центре - наоборот. Однако при использовании для экструзии много-матрицы, если отверстия матрицы расположены разумно, поток металла в каждом отверстии может стать более равномерным, улучшая общий поток.

 

Степень деформации

Как чрезмерная, так и недостаточная степень деформации приводят к неравномерному течению металла. Если степень деформации слишком мала, внутреннее напряжение металла низкое, недостаточное для обеспечения достаточного течения, что легко приводит к локализованным областям отсутствия деформации или недостаточной деформации. Если степень деформации слишком велика, внутреннее напряжение слишком велико, что приводит к таким дефектам, как трещины в металле. Кроме того, металл вблизи зоны деформации течет быстрее, чем дальше.