Cómo controlar los parámetros de conformado en caliente de las chapas de titanio

Las aleaciones de titanio son difíciles de conformar a temperatura ambiente debido a su elevado límite elástico σ_0.2, una elevada relación entre el límite elástico y la resistencia a la tracción, un módulo de elasticidad E bajo y una relación E/σ baja_0.2 relación. Por lo tanto, la chapa requiere una gran fuerza de conformado, se agrieta con facilidad y presenta una fuerte recuperación elástica. Por encima de unos 500 °C, la ductilidad y el alargamiento mejoran sustancialmente. Por ello, el conformado en caliente se utiliza para revestimientos de aeronaves, estructuras térmicas, carenados, paneles de acceso y piezas fabricadas mediante plegado, rebordeado o embutición profunda.

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Principio del conformado en caliente

El conformado en caliente aprovecha la elevada ductilidad y la baja resistencia a la deformación del titanio calentado para ampliar los límites de conformado, reducir la recuperación elástica y mejorar la precisión. El proceso combina el prensado isotérmico en caliente con la fluencia y la relajación de tensiones:

1. Precalienta los troqueles y calienta la pieza en bruto de manera uniforme hasta alcanzar la temperatura de conformado especificada; a continuación, colócala sobre el troquel.
2. Cierra los troqueles a la velocidad indicada para dar forma a la pieza.
3. Mantenga los troqueles cerrados a presión y temperatura constantes. La fluencia y la relajación de tensiones a alta temperatura convierten la deformación elástica en deformación plástica y reducen la tensión residual.
4. Una vez transcurrido el tiempo de mantenimiento especificado, suelta el utillaje, retira la pieza y déjala enfriar al aire.

Prensado en caliente isotérmico

El punzón, la matriz y la chapa se calientan a la misma temperatura antes del conformado. El comportamiento real de tensión-deformación muestra que la tensión disminuye a medida que aumenta la temperatura y disminuye la velocidad de deformación. Por lo tanto, el conformado en caliente del titanio debe realizarse a temperatura elevada y con una velocidad de deformación relativamente baja.

Relajación de tensiones

Tras el prensado, mantenga los troqueles inmóviles a una presión y temperatura constantes. La chapa se relaja, la deformación elástica se convierte en deformación plástica, la tensión residual disminuye y mejora la adaptación al troquel. A temperaturas elevadas, un tiempo de relajación más prolongado reduce la tensión interna hasta que se aproxima a un valor estable.

Parámetros del proceso

La temperatura y la velocidad de conformado, la presión de cierre y el tiempo de mantenimiento determinan la calidad de la pieza. La temperatura reduce la resistencia a la deformación y mejora la ductilidad. La presión compensa la resistencia al conformado. El tiempo permite la fluencia y la relajación de tensiones.

Temperatura de conformado

Selecciona la temperatura en función del comportamiento de las propiedades del material en función de la temperatura, teniendo en cuenta la oxidación, la absorción de hidrógeno y otros efectos adversos. Algunas aleaciones de titanio pierden ductilidad entre 300 y 500 °C y solo mejoran en torno a los 500 °C. Entre 800 y 850 °C, la oxidación, la absorción de hidrógeno, el crecimiento del grano y los cambios microestructurales cobran importancia.

Los rangos de temperatura de conformado representativos para las aleaciones recocidas son:

La velocidad de conformado determina la velocidad de deformación. Su influencia en la ductilidad es escasa a bajas temperaturas, pero cobra cada vez más importancia a temperaturas medias y altas. Los ciclos muy largos hacen que la capa superficial contaminada se vuelva más gruesa, por lo que cada temperatura tiene un tiempo máximo práctico de conformado y la velocidad de deformación no debe ser excesivamente baja.

Presión de cierre y tiempo de mantenimiento

Una presión de cierre más alta puede eliminar las arrugas, pero tiene poco efecto sobre la recuperación elástica tras la descarga. Utiliza la presión más baja que resulte eficaz a la temperatura seleccionada para evitar la deformación del utillaje y una carga innecesaria en el equipo.

Mantener los moldes cerrados a una temperatura y presión constantes permite la relajación de tensiones, reduce las tensiones residuales y disminuye la recuperación elástica. Por lo general, un tiempo de mantenimiento más prolongado reduce las tensiones residuales, y la relajación es mayor a temperaturas más altas. Sin embargo, un exceso de temperatura o de tiempo aumenta la oxidación y reduce la productividad. Los tiempos de mantenimiento típicos para piezas de Ti-2Al-1,5Mn, Ti-4Al-1,5Mn y Ti-6Al-4V son de 8 a 20 minutos.