티타늄 시트 열성형 매개변수 제어 방법

티타늄 합금은 항복 강도 σ가 높기 때문에 실온에서 성형이 어렵습니다._0.2, 높은 인장강도 대비 수율, 낮은 탄성계수 E, 그리고 낮은 E/σ_0.2 비율. 따라서 이 시트는 높은 성형력이 필요하며, 쉽게 균열이 발생하고 심한 스프링백 현상을 보입니다. 약 500°C 이상에서는 연성과 신장률이 현저히 향상됩니다. 따라서 항공기 외판, 열 보호 프레임, 페어링, 점검 패널, 그리고 굽힘, 플랜징 또는 딥 드로잉 공법으로 제작되는 부품에는 열간 성형 공법이 사용됩니다.

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열간 성형의 원리

열간 성형은 가열된 티타늄의 높은 연성과 낮은 변형 저항성을 활용하여 성형 한계를 높이고, 스프링백을 줄이며, 정밀도를 향상시킵니다. 이 공정은 등온 열간 압축과 크리프 및 응력 이완을 결합한 것으로:

1. 다이를 예열하고 블랭크를 지정된 성형 온도까지 균일하게 가열한 다음, 다이에 올려놓으십시오.
2. 지정된 속도로 금형을 닫아 부품을 성형하십시오.
3. 일정한 압력과 온도 조건에서 금형을 닫힌 상태로 유지하십시오. 크리프와 고온 응력 완화 현상은 탄성 변형을 소성 변형으로 전환하고 잔류 응력을 감소시킵니다.
4. 지정된 유지 시간이 지난 후, 공구를 풀고 부품을 꺼낸 다음 공기로 냉각하십시오.

등온 열압착

성형 전에 펀치, 다이, 판재를 동일한 온도로 가열합니다. 실제 응력-변형률 거동은 온도가 상승하고 변형률이 감소함에 따라 응력이 감소한다는 것을 보여줍니다. 따라서 티타늄 열간 성형 시에는 높은 온도와 비교적 낮은 변형률을 적용해야 합니다.

응력 완화

성형 후에는 금형을 일정한 압력과 온도를 유지한 채 고정된 상태로 두어야 합니다. 그러면 시트가 이완되고, 탄성 변형이 소성 변형으로 전환되며, 잔류 응력이 감소하고, 금형 밀착도가 향상됩니다. 고온에서는 이완 시간을 길게 할수록 내부 응력이 안정된 값에 가까워질 때까지 감소합니다.

공정 매개변수

성형 온도와 속도, 압착 압력, 유지 시간이 부품의 품질을 좌우합니다. 온도는 변형 저항을 낮추고 연성을 향상시킵니다. 압력은 성형 저항을 상쇄합니다. 시간은 크리프와 응력 완화를 가능하게 합니다.

성형 온도

산화, 수소 흡수 및 기타 부정적 영향을 고려하여 재료의 온도-물성 거동에서 적정 온도를 선정해야 합니다. 일부 티타늄 합금은 300~500°C 사이에서 연성을 잃다가 500°C 부근에서야 비로소 개선됩니다. 800~850°C에서는 산화, 수소 흡수, 결정립 성장 및 미세구조 변화가 현저해집니다.

어닐링 처리된 합금의 대표적인 성형 온도 범위는 다음과 같습니다:

성형 속도는 변형률을 결정합니다. 저온에서는 연성에 미치는 영향이 미미하지만, 중온 및 고온에서는 그 중요성이 점차 커집니다. 매우 긴 성형 주기는 오염된 표면층을 두껍게 만들기 때문에, 모든 온도대에는 실질적으로 적용 가능한 최대 성형 시간이 존재하며, 변형률이 지나치게 낮아서는 안 됩니다.

금형 닫힘 압력 및 유지 시간

압착 종단 압력을 높이면 주름을 제거할 수 있지만, 하중을 제거한 후의 스프링백에는 거의 영향을 미치지 않습니다. 금형 변형과 불필요한 장비 부하를 방지하기 위해, 선택한 온도에서 효과가 있는 최저 압력을 사용하십시오.

닫힌 금형을 일정한 온도와 압력으로 유지하는 것은 응력 완화를 유도하고, 잔류 응력을 낮추며, 스프링백을 줄여줍니다. 유지 시간을 길게 할수록 일반적으로 잔류 응력이 낮아지며, 온도가 높을수록 응력 완화 효과가 더 커집니다. 그러나 온도나 유지 시간이 과도하면 산화가 증가하고 생산성이 떨어집니다. Ti-2Al-1.5Mn, Ti-4Al-1.5Mn 및 Ti-6Al-4V 부품의 일반적인 유지 시간은 8~20분입니다.