Методы правки титанового проката с учетом его памяти формы

16.06.2025

Деформации титановых заготовок, вызванные остаточными напряжениями после горячей или холодной прокатки, устраняются с учетом их склонности к возврату в прежнюю геометрию. Эффект памяти связан с обратимыми структурными превращениями, характерными для сплавов с высоким содержанием никеля и ниобия.

Для стабилизации формы изделия после правки применяют термомеханическую коррекцию, включающую короткие циклы термообработки и градуированное воздействие усилием с постепенным наращиванием давления в зоне правки.

На начальном этапе применяют выравнивание под действием механического усилия без нагрева. Эта операция подходит для лент толщиной до 2 мм с пределом текучести не выше 950 МПа.

Равномерное приложение нагрузки в продольном направлении позволяет устранить изгиб, возникший после транспортировки или хранения. Оборудование включает вальцовочные линии с подачей через три-пять пар калиброванных роликов с зазором, соответствующим 0,95 от исходной толщины.

При превышении 1% остаточной деформации без прогрева заготовки велика вероятность релаксации, вызывающей возврат к начальной кривизне спустя несколько часов.

Для сортов, подвергавшихся закалке и старению, допустим иной подход. Листы с толщиной более 5 мм правят с применением местного нагрева до 420 °С. Нагрев выполняется с обеих сторон при помощи индукционного нагревателя с частотой 25 кГц и глубиной проникновения не более 2,5 мм.

Образующийся температурный градиент нарушает симметрию внутренних напряжений, способствуя перемещению границы упругой зоны. Затем на участки с остаточной кривизной прикладывается усилие порядка 12 кН с нарастанием в течение 1 секунды и удержанием не более 5 секунд.

После стабилизации формы производится охлаждение в воздушной среде, исключающее резкое изменение структурного состояния.

В случае с трубной заготовкой, применяемой для изготовления элементов теплообменников, действуют иначе. При кривизне более 1 мм на 1 м длины используют метод вращательной правки с сегментным контактом.

Давление распределяется по касательной через обойму из инструментальной стали с твердостью 48 HRC. Скорость вращения трубы не должна превышать 120 об/мин. При этом усилие регулируется по обратной связи от датчика линейной геометрии.

Повторное прохождение через роликовую клетку допускается не более трех раз, чтобы исключить усталостное накопление дислокаций в металле.

При правке профилей из сплавов с эффектом памяти формы, таких как Ti-Ni, применяются иные условия. Эти материалы восстанавливают исходную форму при нагреве выше температуры обратного мартенситного превращения.

Для коррекции используют нагрев до 520 °С с удержанием не более 90 секунд и охлаждение в среде с температурой 100 °С. Давление прикладывается в осевом направлении через фиксатор с формой, соответствующей проектной геометрии изделия.

Величина усилия составляет от 4 до 9 кН в зависимости от сечения. После снятия нагрузки изделие сохраняет приданную форму благодаря стабилизации кристаллической решетки в аустенитной фазе.

Пластинам из титана с α-фазной структурой и толщиной до 4 мм придают прямолинейность на специальных пресс-станциях с гидравлическим приводом. Поверхность заготовки закрепляется между пластинами с твердостью не ниже 52 HRC и шероховатостью Ra менее 1,6 мкм.

Температурный режим составляет 350–400 °С при экспозиции не более 2 минут. Правку выполняют поэтапно, начиная с краев, с перемещением зоны приложения давления к центру листа. При этом общее количество циклов не превышает четырех.

Для кольцевых заготовок допускается правка в нагретом состоянии с использованием торцевых дисков, воздействующих по касательной траектории. Температура контактной зоны не превышает 450 °С, а момент, прикладываемый к оправке, ограничен значением 200 Н·м. В условиях повышенного сопротивления кручению корректировку формы выполняют при наличии направленного нагрева и последовательного приложения нагрузки в пределах упругости.

Толстостенные элементы, полученные ковкой, обрабатываются с применением объемной правки. После нагрева до 600 °С в печи камерного типа с точностью ±10 °С заготовка переносится на стол гидравлического пресса. Сила давления составляет до 600 кН.

Продолжительность приложения не превышает 7 секунд. Изменение формы контролируют по шаблону. После стабилизации проводят отпуск при 300 °С в течение 1 часа для снятия внутренних напряжений.

В случае деформации листов, предназначенных для обшивки конструкций, применяют метод правки с использованием шаблона с зазором 0,1 мм. Заготовку фиксируют при температуре 450 °С и удерживают в заданной геометрии до охлаждения ниже 100 °С.

Установка с тепловым барьером предотвращает преждевременное остывание, что особенно важно для сплавов с примесями циркония и молибдена. Такой подход обеспечивает стабильность габаритов без повторного изгиба.

Тонкие фольгированные ленты толщиной до 0,3 мм требуют особых условий. Их правят с помощью ультразвуковой вибрации с частотой 20 кГц, направленной по нормали к плоскости изделия.

Продолжительность воздействия ограничена 30 секундами, амплитуда колебаний не превышает 15 мкм. Одновременное приложение небольшой силы — порядка 0,5 кН — позволяет достигать устойчивого положения без остаточных волн.

Заготовки с переменным поперечным сечением поддаются коррекции с предварительным прогревом и фиксацией в калибрах. При температуре 400–430 °С в течение 3 минут изделие приобретает заданную конфигурацию под действием умеренного давления — до 8 кН.

Остывание в калибре предотвращает появление неравномерных внутренних напряжений. Для снижения риска релаксации температуру охлаждения доводят до 60 °С в течение 6 минут.

При работе с изделиями, предназначенными для медицинских конструкций, применяют технологию правки в нейтральной среде. Это достигается за счет использования камер с аргоновой атмосферой.

Воздействие на заготовку совершается при 470 °С и приложении давления от 5 до 7 кН. Поверхность сохраняет требуемую чистоту, а остаточные напряжения снимаются при помощи ступенчатого охлаждения с интервалами по 50 °С.

Применение этих подходов требует точного соблюдения режимов по температуре, давлению и продолжительности, поскольку нарушение баланса между структурной стабильностью и остаточными напряжениями способно вызвать обратную деформацию. Учитывая свойства титана и его склонность к возврату геометрии, правка выполняется с учетом пластичности и фазового состава.

Рассказать друзьям:

Комментарии

Пока нет комментариев