So steuern Sie die Parameter beim Warmumformen von Titanblechen

Titanlegierungen lassen sich bei Raumtemperatur nur schwer umformen, da sie eine hohe Streckgrenze σ aufweisen_0.2, ein hohes Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeit, ein niedriger Elastizitätsmodul E und ein niedriges E/σ-Verhältnis_0.2 Verhältnis. Das Blech erfordert daher eine hohe Umformkraft, neigt zu Rissen und weist eine starke Rückfederung auf. Ab etwa 500 °C verbessern sich Duktilität und Dehnung erheblich. Die Warmumformung wird daher für Flugzeugaußenhaut, thermische Rahmen, Verkleidungen, Zugangsklappen sowie für Teile verwendet, die durch Biegen, Bördeln oder Tiefziehen hergestellt werden.

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Prinzip des Warmumformens

Beim Warmumformen werden die hohe Duktilität und der geringe Verformungswiderstand von erhitztem Titan genutzt, um die Umformgrenzen zu erweitern, den Rückfederungseffekt zu verringern und die Genauigkeit zu verbessern. Das Verfahren kombiniert isothermes Heißpressen mit Kriechen und Spannungsrelaxation:

1. Die Werkzeuge vorheizen und den Rohling gleichmäßig auf die vorgegebene Umformtemperatur erwärmen, anschließend auf das Werkzeug legen.
2. Schließen Sie die Werkzeuge mit der vorgegebenen Geschwindigkeit, um das Bauteil zu formen.
3. Halten Sie die Werkzeuge unter konstantem Druck und bei konstanter Temperatur geschlossen. Durch Kriechen und Hochtemperatur-Spannungsrelaxation wird elastische Verformung in plastische Verformung umgewandelt und die Restspannung verringert.
4. Nach Ablauf der angegebenen Haltezeit die Spannvorrichtung lösen, das Werkstück entnehmen und mit Luft abkühlen.

Isothermes Heißpressen

Der Stempel, die Matrize und das Blech werden vor dem Umformen auf die gleiche Temperatur erwärmt. Das tatsächliche Spannungs-Dehnungs-Verhalten zeigt, dass die Spannung mit steigender Temperatur und abnehmender Dehnungsgeschwindigkeit abnimmt. Beim Warmumformen von Titan sollten daher erhöhte Temperaturen und eine relativ niedrige Dehnungsgeschwindigkeit zum Einsatz kommen.

Spannungsrelaxation

Halten Sie die Matrizen nach dem Pressen bei konstantem Druck und konstanter Temperatur in ruhendem Zustand. Das Blech entspannt sich, die elastische Verformung geht in eine plastische Verformung über, die Restspannung sinkt und die Passgenauigkeit der Matrize verbessert sich. Bei erhöhter Temperatur führt eine längere Entspannungszeit dazu, dass die innere Spannung abnimmt, bis sie sich einem stabilen Wert annähert.

Prozessparameter

Die Formtemperatur und -geschwindigkeit, der Schließdruck sowie die Haltezeit bestimmen die Qualität des Formteils. Die Temperatur verringert den Verformungswiderstand und verbessert die Duktilität. Der Druck gleicht den Formwiderstand aus. Die Zeit ermöglicht Kriechen und Spannungsentspannung.

Umformtemperatur

Wählen Sie die Temperatur anhand des Temperatur-Eigenschafts-Verhaltens des Werkstoffs aus und berücksichtigen Sie dabei Oxidation, Wasserstoffaufnahme und andere nachteilige Effekte. Einige Titanlegierungen verlieren zwischen 300 und 500 °C an Duktilität und weisen erst ab etwa 500 °C eine Verbesserung auf. Bei 800–850 °C gewinnen Oxidation, Wasserstoffaufnahme, Kornwachstum und mikrostrukturelle Veränderungen an Bedeutung.

Typische Temperaturbereiche für die Formgebung von geglühten Legierungen sind:

Die Umformgeschwindigkeit bestimmt die Dehnungsgeschwindigkeit. Ihr Einfluss auf die Duktilität ist bei niedrigen Temperaturen gering, gewinnt jedoch bei mittleren und hohen Temperaturen zunehmend an Bedeutung. Sehr lange Zyklen führen zu einer Verdickung der verunreinigten Oberflächenschicht, sodass für jede Temperatur eine maximale praktische Umformzeit gilt und die Dehnungsgeschwindigkeit nicht zu niedrig sein darf.

Schließdruck und Haltezeit

Ein höherer Schließdruck kann Falten beseitigen, hat jedoch kaum Einfluss auf die Rückfederung nach dem Entlasten. Verwenden Sie den niedrigsten Druck, der bei der gewählten Temperatur noch wirksam ist, um eine Verformung des Werkzeugs und eine unnötige Belastung der Anlage zu vermeiden.

Das Halten der geschlossenen Werkzeuge bei konstanter Temperatur und konstantem Druck ermöglicht eine Spannungsentspannung, senkt die Restspannung und verringert das Rückfedern. Eine längere Haltezeit senkt im Allgemeinen die Restspannung, und die Entspannung ist bei höheren Temperaturen stärker. Eine zu hohe Temperatur oder eine zu lange Haltezeit führt jedoch zu verstärkter Oxidation und verringert die Produktivität. Typische Haltezeiten für Bauteile aus Ti-2Al-1,5Mn, Ti-4Al-1,5Mn und Ti-6Al-4V betragen 8–20 Minuten.