Hoe de parameters voor het warmvormen van titaniumplaten te regelen

Titaniumlegeringen zijn bij kamertemperatuur moeilijk te vervormen omdat ze een hoge vloeigrens σ hebben_0.2, een hoge verhouding tussen opbrengst en treksterkte, een lage elasticiteitsmodulus E en een lage E/σ_0.2 verhouding. Het plaatmateriaal vereist daarom een hoge vervormingskracht, scheurt gemakkelijk en vertoont een sterke terugvering. Boven ongeveer 500 °C nemen de ductiliteit en de rek aanzienlijk toe. Warmvervorming wordt dan ook toegepast voor vliegtuigbekledingen, thermische frames, stroomlijnkappen, toegangsluiken en onderdelen die worden vervaardigd door buigen, flensvormen of dieptrekken.

[

Het principe van warmvormen

Bij warmvormen wordt gebruikgemaakt van de hoge ductiliteit en lage vervormingsweerstand van verhit titanium om de vormgrenzen te verleggen, de terugvering te verminderen en de nauwkeurigheid te verbeteren. Het proces combineert isothermisch warmpersen met kruip en spanningsrelaxatie:

1. Verwarm de matrijzen voor en verwarm het werkstuk gelijkmatig tot de voorgeschreven vervormingstemperatuur; plaats het vervolgens op de matrijs.
2. Sluit de matrijzen met de opgegeven snelheid om het onderdeel te vormen.
3. Houd de matrijzen onder constante druk en temperatuur gesloten. Door kruip en spanningsrelaxatie bij hoge temperaturen wordt elastische vervorming omgezet in plastische vervorming en wordt de restspanning verminderd.
4. Laat het werkstuk na de aangegeven wachttijd los, verwijder het werkstuk en laat het met lucht afkoelen.

Isothermisch warmpersen

De stempel, de matrijs en de plaat worden vóór het vormen tot dezelfde temperatuur verwarmd. Uit het werkelijke spannings-rekgedrag blijkt dat de spanning afneemt naarmate de temperatuur stijgt en de rek snelheid afneemt. Bij het warmvormen van titanium moet daarom een verhoogde temperatuur en een relatief lage rek snelheid worden gebruikt.

Spanningsrelaxatie

Houd de matrijzen na het persen stil bij een constante druk en temperatuur. De plaat ontspant zich, elastische vervorming gaat over in plastische vervorming, de restspanning neemt af en de matrijsaanpassing verbetert. Bij een verhoogde temperatuur zorgt een langere ontspanningstijd ervoor dat de interne spanning afneemt totdat deze een stabiele waarde nadert.

Procesparameters

De vormtemperatuur en -snelheid, de sluitdruk en de houdtijd zijn bepalend voor de kwaliteit van het onderdeel. Temperatuur vermindert de vervormingsweerstand en verbetert de ductiliteit. Druk compenseert de vormweerstand. De houdtijd zorgt voor kruip en spanningsrelaxatie.

Vormtemperatuur

Kies een temperatuur op basis van het temperatuur-eigenschappenverloop van het materiaal, waarbij rekening wordt gehouden met oxidatie, waterstofopname en andere nadelige effecten. Sommige titaniumlegeringen verliezen hun ductiliteit tussen 300 en 500 °C en vertonen pas rond 500 °C weer een verbetering. Bij 800-850 °C worden oxidatie, waterstofopname, korrelgroei en veranderingen in de microstructuur significant.

Typische temperatuurbereiken voor het vormen van gegloeide legeringen zijn:

De vormsnelheid bepaalt de vervormingssnelheid. De invloed daarvan op de ductiliteit is bij lage temperaturen gering, maar wordt bij gemiddelde en hoge temperaturen steeds belangrijker. Zeer lange cycli zorgen ervoor dat de verontreinigde oppervlaktelaag dikker wordt, waardoor er voor elke temperatuur een maximale praktische vormtijd geldt en de vervormingssnelheid niet te laag mag zijn.

Sluitdruk en houdtijd

Een hogere sluitdruk kan kreukels verwijderen, maar heeft weinig invloed op de terugvering na het ontlasten. Gebruik de laagst mogelijke druk die bij de gekozen temperatuur nog werkt, om vervorming van het gereedschap en onnodige belasting van de apparatuur te voorkomen.

Door de gesloten matrijzen op een constante temperatuur en druk te houden, vindt spanningsrelaxatie plaats, neemt de restspanning af en wordt de terugvering verminderd. Een langere houdtijd leidt over het algemeen tot een lagere restspanning, en de relaxatie is sterker bij hogere temperaturen. Te hoge temperaturen of te lange houdtijden leiden echter tot meer oxidatie en een lagere productiviteit. Typische houdtijden voor onderdelen van Ti-2Al-1,5Mn, Ti-4Al-1,5Mn en Ti-6Al-4V bedragen 8-20 minuten.