Como controlar os parâmetros de conformação a quente de chapas de titânio

As ligas de titânio são difíceis de moldar à temperatura ambiente, pois apresentam um alto limite de escoamento σ_0.2, uma alta relação entre rendimento e resistência à tração, um baixo módulo de elasticidade E e um baixo E/σ_0.2 relação. A chapa, portanto, requer alta força de conformação, racha facilmente e apresenta forte retorno elástico. Acima de cerca de 500 °C, a ductilidade e o alongamento melhoram substancialmente. A conformação a quente é, consequentemente, utilizada para revestimentos de aeronaves, estruturas térmicas, carenagens, painéis de acesso e peças fabricadas por dobra, bordagem ou estampagem profunda.

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Princípio da conformação a quente

A conformação a quente aproveita a alta ductilidade e a baixa resistência à deformação do titânio aquecido para ampliar os limites de conformação, reduzir a recuperação elástica e melhorar a precisão. O processo combina prensagem isotérmica a quente com fluência e relaxamento de tensão:

1. Pré-aqueça as matrizes e aqueça a peça em bruto uniformemente até a temperatura de conformação especificada; em seguida, coloque-a sobre a matriz.
2. Feche as matrizes na velocidade especificada para moldar a peça.
3. Mantenha as matrizes fechadas sob pressão e temperatura constantes. A fluência e o relaxamento de tensão em alta temperatura convertem a deformação elástica em deformação plástica e reduzem a tensão residual.
4. Após o tempo de espera especificado, solte o dispositivo de fixação, remova a peça e resfrie-a com ar.

Prensagem a quente isotérmica

O punção, a matriz e a chapa são aquecidos até a mesma temperatura antes da conformação. O comportamento real de tensão-deformação mostra que a tensão diminui à medida que a temperatura aumenta e a taxa de deformação diminui. A conformação a quente do titânio deve, portanto, ser realizada em temperatura elevada e com uma taxa de deformação relativamente baixa.

Relaxamento de tensão

Após a prensagem, mantenha as matrizes fixas, sob pressão e temperatura constantes. A chapa se relaxa, a deformação elástica se transforma em deformação plástica, a tensão residual diminui e a conformidade com a matriz melhora. Em temperatura elevada, um tempo de relaxamento mais longo reduz a tensão interna até que ela se aproxime de um valor estável.

Parâmetros do processo

A temperatura e a velocidade de conformação, a pressão de fechamento e o tempo de manutenção determinam a qualidade da peça. A temperatura reduz a resistência à deformação e melhora a ductilidade. A pressão equilibra a resistência à conformação. O tempo permite a fluência e o relaxamento de tensão.

Temperatura de conformação

Selecione a temperatura com base no comportamento das propriedades do material em função da temperatura, levando em conta a oxidação, a absorção de hidrogênio e outros efeitos adversos. Algumas ligas de titânio perdem ductilidade entre 300 e 500 °C e só apresentam melhora por volta de 500 °C. Entre 800 e 850 °C, a oxidação, a absorção de hidrogênio, o crescimento de grãos e as alterações microestruturais tornam-se significativas.

As faixas de temperatura de conformação representativas para ligas recozidas são:

A velocidade de conformação determina a taxa de deformação. Sua influência na ductilidade é pequena em baixas temperaturas, mas se torna cada vez mais importante em temperaturas médias e altas. Ciclos muito longos aumentam a espessura da camada superficial contaminada; portanto, cada temperatura tem um tempo máximo prático de conformação, e a taxa de deformação não deve ser excessivamente baixa.

Pressão de fechamento e tempo de retenção

Uma pressão de fechamento mais alta pode eliminar rugas, mas tem pouco efeito sobre a recuperação elástica após a descarga. Utilize a pressão mais baixa que for eficaz na temperatura selecionada para evitar a deformação da ferramenta e uma carga desnecessária no equipamento.

Manter as matrizes fechadas a temperatura e pressão constantes permite o relaxamento das tensões, diminui a tensão residual e reduz a recuperação elástica. Um tempo de manutenção mais longo geralmente diminui a tensão residual, e o relaxamento é mais intenso em temperaturas mais altas. O excesso de temperatura ou tempo, no entanto, aumenta a oxidação e reduz a produtividade. Os tempos de manutenção típicos para peças de Ti-2Al-1,5Mn, Ti-4Al-1,5Mn e Ti-6Al-4V são de 8 a 20 minutos.