Bending characteristics of Titanium Alloy
1. Kaupallisesti puhdastitaani (CP Ti: Gr1, Gr2, Gr3, Gr4)
Tyyppi: α-seos
Ominaisuudet: Paras taivuttavuus: CP titaani on paras taivuttavuus kaikistatitaaniseoss. Alhaisin lujuus (Gr1 on pehmein, Gr4 on kovein), korkein joustavuus.
Alhainen springback: Suhteellisen alhainen tuotantovoima ja joustava moduuli tarkoittavat, että springback on pienempi kuin korkean lujuuden titaaniseoset, mikä helpottaa lopullisen muodon hallintaa.
Alhainen halkeamisen taipumus: korkea joustavuus tekee siitä vähemmän alttiita halkeamiseen suuremmilla taivutussäteillä.
Pienin taivutussäte: Yleensä voidaan saavuttaa suhteellisen pieni taivutussäte (esimerkiksi ohuille levyille 90° taivutuksen vähimmäissisäsäte R voi olla 1-2 kertaa levyn paksuus t).
Sovellukset: Kemialliset, meri-, lääketieteelliset implantit (Gr2, Gr4), kulutustuotteet ja muut alat, jotka vaativat korroosionkestävyyttä ja hyvää muotoilukykyä.
2. Ti-3Al-2.5V (Gr 9)
Tyyppi: Lähellä α-seosta
Ominaisuudet: Hyvä taivuttavuus: Vahvuus on noin 50% korkeampi kuin Gr2, mutta säilyttää silti hyvän joustavuuden. Taivutussuorituskyky on CP-titaanin ja Ti-6Al-4V: n välillä.
Kohtalainen springback: Springback on suurempi kuin CP titaani, mutta pienempi kuin Ti-6Al-4V.
Pienin taivutussäte: Hieman suurempi kuin CP-titaani, mutta silti parempi kuin useimmat α-β-seokset. Esimerkiksi R≥2t voidaan tarvita.
Sovellus: Ilmailun hydrauliputket, polkupyörän kehykset, urheiluvälineet (ottaen huomioon lujuus, muotoilukyky ja paino).
3. Ti-6Al-4V (Gr 5)
Tyyppi: α-β seos (yleisimmin käytetty)
Ominaisuudet: Kohtalainen tai huono taivuttavuus: Tämä on laajimmin käytetty titaaniseos, mutta se on myös yksi haastavimmista yleisistä laatuista taivuttaa.
Korkea springback: korkea tuotantovoima ja korkea joustomoduuli johtavat äärimmäiseen springback. Muoton on tehtävä merkittävä kompensaatio (ylitaivutus), muuten tavoitekulman saavuttaminen on vaikeaa. Springback-määrä voi olla useita kertoja pehmeän teräksen määrää.
Korkea taipumus halkeamaan: suhteellisen alhainen joustavuus (erityisesti verrattuna CP-titaaniin).
Herkkä taivutussäteelle: vaatii suuren vähimmäistaivutussäteen. 90° taivutukseen tarvitaan yleensä vähimmäissisäsäte R≥3t (levyn paksuus) tai jopa R≥4t tai enemmän, varsinkin kun taivutussuunta on pystysuora vieristyssuuntaan. Pienemmän säteen yrittäminen johtaa helposti halkeamiseen ulkopuolella.
Herkkä pintavirheille: naarmut, viiveet jne. voivat tulla halkeamien lähteistä.
Työn koventaminen: korkea työn koventamisnopeus, useita taivutuksia tai pieniä askeleita lisäävät halkeamisriskiä.
Lämpötilan vaikutus: lämmitys (150-300 ° C) voi merkittävästi parantaa taivutusominaisuuksiaan:
Vähentää reologista stressiä ja vähentää tarvittavaa taivutusvoimaa.
Parantaa joustavuutta ja mahdollistaa pienemmän taivutussäteen (mahdollisesti R≥2t).
Vähentää springbackin määrää.
Kuuma taivutus on yleinen menetelmä Ti-6Al-4V monimutkaisten muotojen tai pienien säteiden käsittelyyn.
Sovellukset: Ilmailun rakenneosat, moottorikomponentit, korkean suorituskyvyn autot, lääketieteelliset implantit, sotilasteollisuus ja muut alat, jotka vaativat korkeaa lujuutta, hyvää väsymyssuorituskykyä ja kohtalaista lämmönkestävyyttä.
4. Ti-6Al-4V ELI (Gr 23)
Tyyppi: α-β seos (Ti-6Al-4V: n erittäin alhainen aukkoversio)
Ominaisuudet: Perusominaisuudet ovat samanlaisia kuin Gr5 (korkea springback, suuri taivutussäte vaaditaan, helppo halkeaa).
Hieman parempi taivuttavuus: Pienempi happi-, typpi- ja rautapitoisuus tekee sen joustavuudesta hieman paremman kuin tavallinen Gr5. Tämä tarkoittaa, että samoissa olosuhteissa halkeamisen taipumus voi olla hieman pienempi ja sallittu taivutussäte voi olla hieman pienempi (mutta silti paljon suurempi kuin CP-titaani).
Springback on vielä suuri.
Sovellukset: Käytetään pääasiassa kentillä, joilla on erittäin korkeat murtumiskovostuvaatimukset, kuten kirurgiset implantit ja kryogeeniset säiliöt. Taivutusominaisuuksien parantaminen on rajoitettu ja edellyttää edelleen varovaisuutta.
5. β seokset (kuten Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn, Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (Beta C), Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr)
Tyyppi: β-seos (yleensä muodostuu liuoksen käsittelemässä tilassa (ST))
Ominaisuudet: Erinomainen kylmä taivuttavuus (liuoksen käsittelemässä tilassa): Tämä on yksi β-seosten suurimmista etuista.
Erittäin alhainen tuotantolujuus/korkea joustavuus: Alhainen lujuus ST-tilassa ja erittäin korkea joustavuus (jopa 20%+).
Hyvin pieni vähimmäistaivutussäte: ST-tilassa voidaan saavuttaa hyvin pieni taivutussäte, jopa lähellä R = 0,5t (riippuen erityisestä seoksesta ja paksuudesta), mikä on paljon parempi kuin α-β-seokset.
Alhainen springback: Alhainen tuotantovoima tarkoittaa suhteellisen pientä springback.
Alhainen halkeamistaipumus: Korkea joustavuus tekee siitä vähemmän todennäköistä halkeamista vaikean taivutuksen yhteydessä.
Tärkeimmät kohdat: Ikä koventaminen on tarpeen muotoilun jälkeen: Taivutus tehdään yleensä pehmeässä tilassa (ST), jotta saadaan paras muotoilukyky. Ikääntymishoito on tarpeen muodostumisen jälkeen tarvittavan korkean lujuuden saavuttamiseksi. Ikääntymishoito aiheuttaa ulottuvuusmuutoksia (kutistumista) ja sitä on otettava huomioon muotin suunnittelussa ja prosessin suunnittelussa.
Korkeat kustannukset: Raaka-ainekustannukset ovat yleensä korkeampia kuin Ti-6Al-4V.
Sovellus: Käytetään pääasiassa ilmailun rakenteellisiin osiin, jousiin jne., jotka vaativat erittäin monimutkaisia muotoja, pientä taivutussätettä tai korkeaa kylmää muotoilua. Käytä erinomaista kylmämuotoilua monimutkaisten osien käsittelyyn ja saat sitten korkean lujuuden ikääntymisen kautta.
Yhteenveto keskeisistä vaikuttavista tekijöistä:
1. Springback: β-seos (ST) < CP Ti ≈ Ti-3Al-2,5V < Ti-6Al-4V ELI < Ti-6Al-4V (lisääntyvä springback). Suuri tuotantovoima ja korkea joustomoduuli ovat suurien springbackin tärkeimmät syyt.
2. vähimmäistaivutussäte (halkeamisen taipumus): * β-seos (ST) < CP Ti < Ti-3Al-2,5V < Ti-6Al-4V ELI < Ti-6Al-4V (vähimmäisR: n lisääminen, halkeamisen taipumuksen lisääminen). Joukkuvuus on tärkein ratkaiseva tekijä.
3. Lämpötila: Kriittinen alfa-beeta seokset kuten Ti-6Al-4V. Oikea lämmitys (150-300 °C) voi vähentää merkittävästi vähimmäistaivutussätettä, taivutusvoimaa ja joustavaa taantumista. CP titaani ja beetaseoset (ST) voidaan yleensä taivuttaa hyvin huoneenlämpötilassa.
4. Taivutussuunta: Taivutus suhteessa levyn rullaussuuntaan vaikuttaa vähimmäistaivutussäteeseen ja halkeamisriskiin (yleensä suurempi poikkitaivutusriski).
5. Pintalaatu: Laadukkaat, virheettömät pinnat ovat kriittisiä taivuttamiseen kaikkien titaaniseosten, erityisesti Ti-6Al-4V.
6. Die suunnittelu: Erityisesti suunniteltu suuri springback (erityisesti Ti-6Al-4V) ja materiaalivirtaus ominaisuuksia (kuten asianmukainen die aukko R kulma, painovoiman ohjaus).
7. Voitelu: Käytä sopivia voiteluaineita kitkan ja naarmutuksen vähentämiseksi.
Valintaehdotukset:
1. Minimaalisen taivutussäteen / monimutkaisen muodon noudattaminen: β-seokset (kuten Ti-15-3-3-3, Beta C) ovat suosituimpia, mutta ikääntymisen kutistuminen ja kustannukset on otettava huomioon.
2. Hyvä taivuttavuus ja kohtalainen lujuus: Ti-3Al-2.5V (Gr9) on hyvä kompromissi CP-titaanin ja Ti-6Al-4V: n välillä.
3. Paras taivuttavuus / korroosionkestävyys on suositeltavaa, ja lujuusvaatimukset eivät ole korkeita: teollinen puhdas titaani (Gr1, Gr2).
4. Korkean lujuuden sovellukset (taivutus vaaditaan): Ti-6Al-4V (Gr5) tai Gr23 (ELI) ovat valtavirran valinnat,
5. Noudata tiukasti vähimmäistaivutussäteen määritelmää (yleensä R ≥ 3t tai suurempi).
6. Harkitse voimakkaasti kuumaa taivutusta suorituskyvyn parantamiseksi.
7. Huoleellisesti suunnitella muotti kompensoida springback.
8. Varmista täydellinen levyn pinta laatu.
Ymmärtämällä ydin taivutusominaisuuksia eri luokkien titaaniseoset (springback, vähimmäistaivutussäte, lämpötilaherkkyys) ja valita materiaaleja ja suunnitteluprosesseja perustuen erityisten sovellusvaatimusten (lujuus, muodon monimutkaisuus, kustannukset) ovat avaimet onnistuneesti saavuttaa titaaniseosen taivutuskäsittelyä.
