チタン板の熱間成形パラメータの制御方法

チタン合金は、降伏強度σが高いため、室温での成形が困難である。_0.2, 、高い引張強度対降伏比、低い弾性係数 E、および低い E/σ_0.2 比。そのため、この板材は高い成形力を必要とし、容易に亀裂が生じ、著しいスプリングバックを示す。約500°C以上では、延性と伸びが大幅に改善される。したがって、航空機の外板、断熱フレーム、フェアリング、アクセスパネル、および曲げ、フランジ加工、深絞りによって製造される部品には、熱間成形が用いられる。

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熱間成形の原理

熱間成形では、加熱されたチタンの高い延性と低い変形抵抗を利用して、成形限界を引き上げ、スプリングバックを低減し、精度を向上させます。このプロセスは、等温熱間プレスとクリープおよび応力緩和を組み合わせたものです：

1. 金型を予熱し、ブランクを所定の成形温度まで均一に加熱してから、金型の上に載せます。
2. 指定された速度で金型を閉じ、部品を成形します。
3. 金型を一定の圧力と温度下で閉じた状態に保つ。クリープおよび高温応力緩和により、弾性ひずみが塑性ひずみに変換され、残留応力が低減される。
4. 指定された保持時間が経過したら、治具を解放し、部品を取り外して、空冷してください。

等温ホットプレス

成形前に、パンチ、金型、および板材を同じ温度まで加熱する。実際の応力-ひずみ挙動から、温度の上昇やひずみ速度の低下に伴い応力が低下することがわかる。したがって、チタンの熱間成形では、高温かつ比較的低いひずみ速度を用いるべきである。

応力緩和

プレス加工後は、金型を一定の圧力と温度で静止させたままにします。これにより、板材が緩和し、弾性ひずみが塑性ひずみに変換され、残留応力が低下し、金型への追従性が向上します。高温下では、緩和時間を長くすることで、内部応力が安定した値に近づくまで低減されます。

プロセスパラメータ

成形温度と速度、閉合圧力、および保持時間が部品の品質を決定する。温度は変形抵抗を低下させ、延性を向上させる。圧力は成形抵抗とバランスをとる。時間はクリープと応力緩和を可能にする。

成形温度

酸化、水素吸収、その他の悪影響を考慮しつつ、材料の温度-物性特性から適切な温度を選択する。一部のチタン合金は、300～500°Cの範囲で延性を失い、500°C付近になって初めて延性が回復する。800～850°Cでは、酸化、水素吸収、結晶粒成長、および微細組織の変化が顕著になります。

焼鈍処理された合金の代表的な成形温度範囲は以下の通りです：

成形速度はひずみ速度を決定する。低温では延性に与える影響は小さいが、中温および高温ではその重要性がますます高まる。非常に長いサイクルでは、汚染された表層が厚くなるため、どの温度においても実用上の最大成形時間が存在し、ひずみ速度が過度に低くなってはならない。

閉止圧力と保持時間

閉合圧力を高くするとシワを取り除くことはできますが、荷重解除後のスプリングバックにはほとんど影響しません。金型の変形や設備への不必要な負荷を避けるため、選択した温度で効果を発揮する最低の圧力を使用してください。

閉じた金型を一定の温度と圧力下で保持することで、応力緩和が促進され、残留応力が低減され、スプリングバックが抑制されます。保持時間を長くするほど一般的に残留応力は低減され、温度が高いほど応力緩和は強くなります。ただし、温度や保持時間が長すぎると、酸化が進み、生産性が低下する。Ti-2Al-1.5Mn、Ti-4Al-1.5Mn、およびTi-6Al-4V製の部品における一般的な保持時間は、8～20分である。