टाइटेनियम मिश्र धातु फोर्जिंग में विभिन्न दरार प्रकारों का विश्लेषण

टाइटेनियम मिश्र धातुओं का उपयोग एयरोस्पेस, शिपबिल्डिंग और बायोमेडिकल क्षेत्रों में उनकी उच्च विशिष्ट शक्ति, संक्षारण प्रतिरोध और उच्च तापमान प्रतिरोध के कारण किया जाता है। हालांकि, क्रैकिंग दोषों को फोर्जिंग प्रक्रिया के दौरान होने वाली होती है, जिससे उत्पाद की गुणवत्ता और उत्पादन दक्षता को गंभीरता से प्रभावित किया जाता है। यह लेख व्यवस्थित रूप से टाइटेनियम मिश्र धातु फोर्जिंग में सामान्य क्रैकिंग प्रकारों की समीक्षा करता है, उद्योग के लिए तकनीकी संदर्भ प्रदान करने के लिए प्रमुख प्रक्रिया नियंत्रण बिंदुओं के साथ विशिष्ट मामलों को मिलाकर।

अंत चेहरा दरार: प्रारंभिक फोर्जिंग का "घातक घाव"

एंड फेस क्रैकिंग टाइटेनियम मिश्र धातु फोर्जिंग में सबसे आम दोषों में से एक है, जो अक्सर इनगोट परेशान या ड्राइंग चरणों के दौरान होता है। इसकी विशिष्ट विशेषता एक दरार है जो बिलेट के अंतिम चेहरे के साथ रेडियल रूप से प्रचारित करती है, और गंभीर मामलों में, आगे के फोर्जिंग को रोक सकती है। मुख्य कारणों में शामिल हैं:

अवशिष्ट धातुकर्म दोष:इनगोट के सिर पर सिकुड़न गुहाओं का अधूरा हटाना या पूंछ पर ठंड बंद फोर्जिंग दबाव के तहत दरार स्रोत बन सकता है। उदाहरण के लिए, एक TC4-LC टाइटेनियम मिश्र धातु इनगोट ने उपसतह छिद्रों के अधूरे हटाने के कारण पहली ड्राइंग आग के दौरान किनारे पर होल क्रैकिंग के माध्यम से विकसित किया।

अनियंत्रित तापमान ग्रेडिएंट्स:परेशान करने के दौरान, अंत चेहरे और हथौड़ा के बीच संपर्क तेजी से गर्मी विघटन का कारण बनता है। ड्राइंग के दौरान, अंत चेहरे के उभरे हुए हिस्से में शीतलन दर 30 डिग्री /एस से अधिक हो जाती है, जिससे स्थानीयकृत भंगुरता होती है।

असमान विरूपण:एक ही पास या अत्यधिक विरूपण गति में अत्यधिक कमी अंत चेहरे के मूल में धातु के प्रवाह में बाधा डालती है, जिसके परिणामस्वरूप धँसा हुआ दरारें होती हैं। TA15 टाइटेनियम मिश्र धातु बार में लगभग 85 मिमी व्यास को मापने के लिए, अत्यधिक ड्राइंग गति के कारण कोर में 12 मिमी गहरी तक की आंतरिक दरारें पाई गईं।

निवारक उपाय: इंगॉट दोषों को अच्छी तरह से हटाने के लिए अल्ट्रासोनिक परीक्षण का उपयोग करें। परेशान करने के दौरान इन्सुलेशन ऊन के साथ बिलेट एंड फेस को कवर करें, 15 मिमी से कम या उसके बराबर प्रति पास की कमी को नियंत्रित करें, और हथौड़ा एनविल प्रीहीट तापमान को 300 डिग्री के बराबर या उससे अधिक के लिए अनुकूलित करें।

 

फोल्डिंग क्रैकिंग: एक छिपी हुई "सतह हत्यारा"

फोल्डिंग क्रैकिंग आमतौर पर फोर्जिंग प्रक्रिया के दौरान अशांत धातु के प्रवाह से होती है और बिलेट पर या उसके भीतर स्तरित दोषों के रूप में प्रकट होती है। गठन तंत्र को तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है:

प्रारंभिक दोष:मध्यवर्ती नमूने से 2.5 या अवशिष्ट खांचे के बराबर या उससे अधिक ऊंचाई-से-व्यास अनुपात के साथ इंगॉट्स, जो परेशान करने के दौरान दोषों के साथ धातु तह का कारण बनता है। एक TB6 टाइटेनियम मिश्र धातु बिललेट ने अनियंत्रित नमूने के खांचे के कारण फोर्जिंग के बाद 8 मिमी गहरी दरारें विकसित की।

प्रक्रिया त्रुटियां:आरी के दौरान बिलेट टिल्ट करता है, जिसके परिणामस्वरूप क्रॉस-सेक्शन में अचानक बदलाव आया। 180 डिग्री फ़्लिपिंग और निरंतर प्रसंस्करण के दौरान तेज कोनों को पोलिश करने में विफलता हो सकती है।

सहायक प्रक्रिया दोष:मशीनिंग टूल मार्क्स, ऑक्साइड स्केल घुसपैठ, और अन्य दोष बाद के फोर्जिंग के दौरान सिलवटों में विस्तार कर सकते हैं।

एक विशिष्ट मामला: एक विमान इंजन डिस्क के मरने के दौरान, ऑक्साइड स्केल को बिदाई सतह से साफ नहीं किया गया था, जिसके परिणामस्वरूप अत्यधिक गुना गहराई और 30% स्क्रैप दर थी। समाधान: "तीन निरीक्षण" प्रणाली (आत्म-निरीक्षण, आपसी निरीक्षण, और विशेष निरीक्षण) को सख्ती से लागू करें, बिलेट सतह पर डाई पैठ परीक्षण का प्रदर्शन 0.5 मिमी से कम या उसके बराबर गुना गहराई को नियंत्रित करने के लिए।

 

फाड़ और आंतरिक दरारें: एक गहरा "कार्बनिक संकट"

तन्यता विरूपण चरण के दौरान अक्सर आँसू होते हैं, अनुप्रस्थ दरार के रूप में प्रकट होते हैं। उनके मूल कारण हैं:

अनियंत्रित विरूपण पैरामीटर:एक ही पास में अत्यधिक कमी या अत्यधिक कमी दर असमान धातु प्रवाह की ओर जाता है। एक TB6 टाइटेनियम मिश्र धातु स्लैब में, 60 मिमी के एकल-साइड में कमी के कारण, आंसू की गहराई प्लेट की आधी मोटाई से अधिक हो गई।

टूलींग पहनें:एनविल किनारे पर पहनने से तनाव एकाग्रता का कारण बनता है। एक अन्य TC4-DT टाइटेनियम मिश्र धातु चरण शाफ्ट में, एनविल के विरूपण ने कदम संक्रमण पर फाड़ दिया।

आंतरिक दरारें बिलेट के भीतर छिपी हुई हैं और आमतौर पर छोटी-गेज सामग्री (ø से कम या 90 मिमी से कम या उसके बराबर) या मुश्किल-से-डिफॉर्म मिश्र धातु (जैसे Ti3al और Ti2AlnB) में पाए जाते हैं। उनका गठन निम्नलिखित कारकों से संबंधित है:

मेटालर्जिकल अलगाव:टंगस्टन और मोलिब्डेनम जैसे दुर्दम्य तत्वों के अलगाव से स्थानीयकृत प्लास्टिसिटी में कमी होती है। एक TA15 टाइटेनियम मिश्र धातु के दोष का पता लगाने के दौरान, आंतरिक दरारें कोर में खोजे गए थे, और विश्लेषण से पता चला कि वे एनबी अलगाव के कारण थे।

तापमान प्रबंधन की विफलता:कम चम्फरिंग तापमान या रिवर्स फोर्जिंग के परिणामस्वरूप तापमान ग्रेडिएंट 50 डिग्री से अधिक हो जाते हैं। एक निश्चित TI60 मिश्र धातु ने अनुदैर्ध्य आंतरिक दरारें विकसित कीं, जो कि तेजी से पानी के ठंडा होने के कारण चाम्फ़र में 200 मिमी से अधिक है।

प्रक्रिया अनुकूलन: एक बहु-दिशात्मक फोर्जिंग प्रक्रिया (अपसेटिंग-स्ट्रेचिंग-अपसेटिंग साइकिल) को अपनाया गया था, मध्यवर्ती एनीलिंग के साथ जब संचयी विरूपण 70%से अधिक हो गया था। यह सुनिश्चित करने के लिए एक इन्फ्रारेड थर्मल इमेजिंग सिस्टम स्थापित किया गया था कि बिलेट तापमान अंतर 30 डिग्री से नीचे बना रहा।

 

भंगुर दरार: उच्च तापमान मिश्र धातुओं की "अचिल्स 'एड़ी"

मुश्किल-से-परिभाषित उच्च तापमान टाइटेनियम मिश्र धातु (जैसे TC19 और IMI 834) तापमान के प्रति बेहद संवेदनशील हैं और फोर्जिंग के दौरान भंगुर दरार का खतरा है:

अत्यधिक कम अंतिम फोर्जिंग तापमान:पुनर्संरचना तापमान के नीचे, धातु की प्लास्टिसिटी तेजी से गिरती है। एक निश्चित उच्च तापमान टाइटेनियम मिश्र धातु परीक्षण सामग्री, केवल 980 डिग्री के अंतिम फोर्जिंग तापमान के साथ, लगभग क्रैकिंग के कारण टूट गया।

हीटिंग प्रक्रिया दोष:अत्यधिक तेजी से हीटिंग दरों के परिणामस्वरूप तापमान और केंद्रों और केंद्र के बीच 100 डिग्री से अधिक तापमान ढाल हो गया। असमान इन्सुलेशन लपेटने के कारण हीटिंग के दौरान एक Ti3al Ingot को स्थानीयकृत भंगुर फ्रैक्चर का सामना करना पड़ा।

अनुचित शीतलन तरीके:पानी के बाद पानी के शीतलन ने तनाव एकाग्रता का कारण बना। TC19 मिश्र धातु की गोलाई के दौरान, अनुदैर्ध्य दरारें चामर वाले किनारों पर अंतर शीतलन दरों के कारण विकसित हुईं।

रोकथाम और नियंत्रण रणनीतियाँ: एक मंचित हीटिंग प्रक्रिया (जैसे, 600 डिग्री, 800 डिग्री और 1000 डिग्री पर तीन होल्डिंग चरण) को लागू करें, परिवर्तन बिंदु के 50 डिग्री के भीतर अंतिम फोर्जिंग तापमान बनाए रखें। मुश्किल-से-परिभाषित मिश्र धातुओं के लिए, एस्बेस्टोस क्लैडिंग का उपयोग करें। TA12A मिश्र धातु के लिए, फोर्जिंग उपज दर 63.29% बढ़कर एस्बेस्टोस क्लैडिंग के माध्यम से 71.45% हो गई।

 

सतह दरारें और अल्फा भंगुर परत: छिपा हुआ "प्रदर्शन हत्यारे"

सतह दरारें अक्सर अत्यधिक कम अंतिम फोर्जिंग तापमान या लंबे समय तक मरने वाले संपर्क समय के कारण होती हैं। एक टाइटेनियम मिश्र धातु शेल को मोटे मशीनिंग के दौरान क्रैक के माध्यम से पाया गया था। मूल कारण मरने के बाद इज़ोटेर्मल एनीलिंग के दौरान एक ऑक्सीजन-समृद्ध अल्फा परत (0.2 मिमी मोटी तक) का गठन था, जिससे सतह की कठोरता में 30% की वृद्धि हुई और काफी वृद्धि हुई।

समाधान:

स्नेहक आवेदन:बिलेट और डाई के बीच घर्षण को कम करने के लिए प्रेस डाई फोर्जिंग के दौरान ग्लास स्नेहक का उपयोग करें; हैमर फोर्जिंग के दौरान बिलेट और लोअर डाई के बीच संपर्क समय को कम करें।

वातावरण नियंत्रण:फोर्जिंग या हीट ट्रीटमेंट के दौरान भट्ठी में थोड़ा ऑक्सीकरण वातावरण (0.5%से कम या उससे कम या उससे कम सामग्री) बनाए रखें। अत्यधिक हाइड्रोजन सामग्री के साथ वैक्यूम एनील भागों।

 

टाइटेनियम मिश्र धातु फोर्जिंग में क्रैकिंग को रोकने और नियंत्रित करने के लिए पूरे धातुकर्म, प्रक्रिया और उपकरण श्रृंखला में एक व्यापक दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है। हीटिंग तापमान प्रोफ़ाइल को अनुकूलित करके क्रैकिंग के जोखिम को काफी कम किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, प्रारंभिक फोर्जिंग तापमान 150-250 डिग्री से ऊपर -transformation बिंदु से ऊपर), बहु-दिशात्मक फोर्जिंग प्रक्रियाओं को लागू करना, और ऑनलाइन अल्ट्रासोनिक परीक्षण को मजबूत करना (प्रति आग 2 बार से अधिक या बराबर आवृत्ति)। भविष्य में, फोर्जिंग प्रोसेस सिमुलेशन में डिजिटल ट्विन टेक्नोलॉजी के अनुप्रयोग के साथ, टाइटेनियम मिश्र धातु क्रैकिंग की भविष्यवाणी और नियंत्रण उच्च सटीकता की ओर बढ़ेगा, उच्च अंत उपकरण निर्माण के लिए अधिक विश्वसनीय सामग्री समर्थन प्रदान करेगा।