Comment fabriquer un four de forgeage de titane ?
Dans le domaine de la fabrication haut de gamme et de l'usinage de précision, les pièces forgées en titane, en raison de leur haute résistance, de leur résistance à la corrosion et de leurs propriétés légères, sont devenues des matériaux de base pour des composants critiques tels que les-aubes de moteurs d'avion et les pièces structurelles d'engins spatiaux. En tant qu'équipement de base du processus de forgeage, le four de forgeage du titane doit être conçu pour correspondre précisément aux propriétés physiques des alliages de titane -faible conductivité thermique, haute résistance à la déformation et haute-sensibilité à l'oxydation à la température. Du système de chauffage à la structure de la matrice, du contrôle de la température aux processus de lubrification, chaque aspect doit repousser les limites techniques du forgeage traditionnel des métaux pour obtenir une déformation plastique parfaite des alliages de titane.
La fenêtre étroite de température de forgeage et l'extrême sensibilité à l'oxydation des alliages de titane déterminent directement la logique de conception de base du système de chauffage du four de forgeage de titane. Le forgeage traditionnel de l'acier au carbone peut fonctionner dans une large plage de températures de 800 -1 200 degrés, tandis que la température de forgeage optimale pour les alliages de titane (tels que le TC4) est concentrée entre 900 -950 degrés ; un dépassement de cette plage de 20 degrés peut entraîner un grossissement ou une fissuration du grain. Par conséquent, les fours de forgeage du titane nécessitent une technologie de contrôle de la température à deux zones : la zone de chauffage principale chauffe avec précision la billette à la température cible à l'aide de fils de résistance ou de bobines d'induction, tandis que la zone de maintien maintient l'uniformité de la température grâce à la circulation de l'air chaud, avec une différence de température contrôlée à ± 5 degrés. Par exemple, un four de forgeage de titane utilisé par une entreprise de forgeage aérospatiale, lors du chauffage d'un lingot de titane de φ600 mm, utilise une courbe de chauffage segmentée (chauffage de 300 degrés/h à 600 degrés, puis de 150 degrés/h à 950 degrés), combinée au retour en temps réel d'un thermomètre infrarouge, réduisant la différence de température entre le centre et la surface de la billette des 80 degrés conventionnels à 15 degrés, réduisant considérablement les fissures internes. provoquée par le stress thermique.
La conception du système de matrices est essentielle pour surmonter les goulots d'étranglement techniques dans les fours de forgeage du titane. Les alliages de titane ont une faible fluidité et une viscosité élevée ; Les matrices de forgeage conventionnelles sont sujettes au refoulement ou au collage du métal en raison d'un frottement excessif. Par conséquent, les matrices de four de forgeage en titane nécessitent une structure à deux-couches : la couche interne est un alliage à haute température-à base de nickel-(tel que l'alliage K3), capable de résister à des températures allant jusqu'à 1 000 degrés et de ne pas réagir chimiquement avec les alliages de titane ; la couche externe est un squelette en acier au carbone, refroidi par des canaux de circulation d'eau pour empêcher la matrice de ramollir en raison de températures élevées prolongées. Le rayon d'angle de la matrice doit être 30 % plus grand que celui des matrices de forgeage en acier pour réduire la concentration des contraintes ; la rugosité de surface de la cavité de la matrice doit être contrôlée en dessous de Ra0,8 μm, et un lubrifiant à base de graphite-eau-est pulvérisé pour réduire le coefficient de frottement de 0,5 à 0,05. Une entreprise a développé une filière de forgeage isotherme pour la production de lames en alliage de titane TC11. En stabilisant la température de la filière à 920 degrés (différence de température par rapport à la billette inférieure ou égale à 30 degrés) et en utilisant une presse hydraulique de 500 tonnes pour une extrusion lente (vitesse de déformation 0,5 mm/s), le flux continu des pièces forgées a été amélioré avec succès à 98 %, dépassant de loin les 75 % du forgeage conventionnel.
La mise à niveau intelligente du système de contrôle de la température est un autre aspect essentiel de l’itération technologique des fours de forgeage du titane. En dessous de 850 degrés, la résistance à la déformation des alliages de titane augmente de façon exponentielle ; par exemple, la résistance à la déformation de l'alliage TC4 à 700 degrés est quatre fois supérieure à celle à 950 degrés. Par conséquent, les fours de forgeage du titane doivent intégrer des modules de contrôle de température à plusieurs étages : l'étape de chauffage utilise un algorithme PID pour contrôler avec précision la vitesse de chauffage ; l'étape de forgeage utilise une double surveillance avec des thermomètres infrarouges et des thermocouples pour ajuster la puissance de chauffe en temps réel ; et l'étape de refroidissement utilise un refroidissement par air par étapes (d'abord un refroidissement rapide à 600 degrés, puis un refroidissement naturel à 300 degrés) pour éviter une précipitation anormale en phase - due à un refroidissement trop rapide. Un four de forgeage intelligent en titane développé par un institut de recherche, en intégrant 12 ensembles de capteurs de température et d'algorithmes d'IA, a réduit la plage de fluctuation de la température de forgeage de ±15 degrés à ±3 degrés, augmentant la résistance à la traction à température ambiante des pièces forgées en alliage de titane TC18 de 1 100 MPa à 1 250 MPa et l'allongement de 8 % à 12 %.
Des disques de turbine des-moteurs d'avion aux coques sous pression des-sous-marins en eaux profondes, les avancées technologiques dans les fours de forgeage du titane redéfinissent les limites de la fabrication-haut de gamme. Sa valeur fondamentale réside non seulement dans la réalisation d'un formage de précision des alliages de titane, mais également dans la libération du potentiel ultime des propriétés des matériaux grâce au contrôle coordonné de la température, des contraintes et de la lubrification. Grâce à l'intégration profonde des technologies de simulation numérique (telles que DEFORM-3D) et de l'Internet industriel, les fours de forgeage du titane passent d'un modèle « axé sur l'expérience- à un modèle « axé sur les données », offrant ainsi une assurance de processus plus fiable pour l'application d'alliages de titane dans des environnements extrêmes. Cette interaction précise de la température et de la force propulsera à terme la fabrication chinoise vers une plus grande précision et une plus grande fiabilité.
