Opracowanie i weryfikacja parametrów kucia matrycowego na gorąco wyprasek ze stopu Ti10V2Fe3Al

• Autorzy: Wojtaszek M. , Śleboda T. , Łukaszek-Sołek A.

Warianty tytułu

EN

Design and verification of the parameters of hot forging of Ti10V2Fe3Al alloy compacts

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule podjęto próbę wykorzystania technologii metalurgii proszków do wytwarzania wysokiej jakości wyrobów ze stopu Ti10V2Fe3Al. Do realizacji tego celu zastosowano procesy izostatycznego prasowania na gorąco proszku oraz kucia matrycowego na gorąco wyprasek. W roli materiału wyjściowego użyto mieszaninę proszków elementarnych tytanu, wanadu, żelaza oraz aluminium, co prowadzi do obniżenia kosztów otrzymywania wyrobów, w porównaniu do produktów formowanych z proszku stopowego o tym samym składzie chemicznym. W wyniku realizacji procesu zagęszczania na gorąco proszku w ściśle kontrolowanych warunkach, przy zaproponowanych parametrach otrzymano półwyrób o gęstości względnej zbliżonej do litego materiału. Dało to podstawę do wykorzystania do opisu materiału podczas symulacji numerycznej MES charakterystyk płynięcia litego tworzywa o tym samym składzie chemicznym, otrzymanych przy wykorzystaniu symulatora termomechanicznego Gleeble. W oparciu o dane otrzymane na podstawie analizy numerycznej oszacowano dla badanego stopu korzystne parametry termomechaniczne procesu kucia matrycowego wyrobu o wytypowanej geometrii. Ich weryfikacji dokonano w oparciu o eksperyment, próbę kucia przeprowadzono w warunkach przemysłowych. Określono wybrane własności materiału w stanie po kuciu, jakość odkuwki oceniono na podstawie wyników badań metalograficznych.

EN

This research work was focused on the application of powder metallurgy technology for producing high quality product from Ti10V2Fe3Al alloy. For the purpose of the investigations hot compaction and hot close-die forging processes were used. As an initial material a mixture of elemental powders of titanium, vanadium, iron and aluminum was applied. The application of the mixture of elemental powders as initial material leads to reduction of production costs as compared to the manufacturing the parts from prealloyed powders. The process of the hot compaction of Ti10V2Fe3Al was realised at the temperature of 1200 °C under pressure of 25 MPa at argon atmosphere. The time of the sintering was 3 hours. As the result of hot densification under precisely controlled conditions, fully densified semi-products were obtained. The description of thermo-mechanical behavior of the investigated material for numerical simulation was determined during compression tests on Gleeble simulator performed on solid Ti10V2Fe3Al alloy samples having the same chemical composition as the investigated P/M alloy. Numerical modeling of forging of the selected forging was performed using FEM (Finite Element Method) QForm 2D/3D commercial software. Various options of heating the billet as well as various mechanical conditions of forging process were applied, however the range of parameters was strictly in accordance with possibilities of the industry. Basing on the results of the numerical analysis, appropriate thermo-mechanical conditions of hot forging of gear wheel were determined. Designed parameters of forging technology were verified by the trials performed at industrial conditions. Cylindrical specimens with a height of 30 mm and a diameter of 70 mm, made of Ti10V2Fe3Al alloy powder compacts, were used as a billet for forging. The specimens were heated up to 1000 °C for 15 minutes in a gas furnace, then cooled down to 900°C and forged in two stages. Chosen properties of the forgings were specified, the quality of the product were estimated by microstructure observations conducted at several chosen areas of the forging. It was found, that hot forging of compacted mixture of elemental powders resulted in obtaining defect-free Ti10V2Fe3Al gear wheel.

Słowa kluczowe

PL

metalurgia proszków; stop tytanu; analiza numeryczna MES; kucie na gorąco; mikrostruktura

EN

powder metallurgy; titanium alloy; FE modeling; hot forging; microstructure

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 58, nr 11
• Strony: 673--679
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Wojtaszek M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Śleboda T.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Łukaszek-Sołek A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Chunxiang C., BaoMin H., Lichen Z., Shuangjin L.: Titanium alloy production technology, market prospects and industry development. Materials and Design 2011, nr 32, s. 1684-1691.
• 2. Ivasyshyn O. M., Aleksandrov A. V.: Status of the titanium production, research, and applications in the CIS. Mater Sci 2008, t. 44, nr 3, s. 311-327.
• 3. Sha W., Malinov S.: Titanium alloys: modelling of microstructure, properties and applications. Woodhead Publisching in Materials, CRC Press, 2009.
• 4. Sheng Y., Guo Z., Hao J., Yang D.: Effect of Spheroidization of Ti-6Al-4V Powder on Characteristics and Rheological Behaviors of Gelcasting Slurry. Procedia Engineering 2012, nr 36, s. 299-306.
• 5. Heinl P., Müller L., Körner C., Singer R. F., Müller F. A.: Cellular Ti-6Al-4V structures with interconnected macro porosity for bone implants fabricated by selective electron beam melting. Acta Biomater 2008, nr 4, s. 1536-1544.
• 6. Fujita T., Ogawa A., Ouchi Ch., Tajima H.: Microstructure and properties of titanium alloy produced in the newly developed blended elemental powder metallurgy process. Materials Science and Engineering 1996, A213, s. 148-153.
• 7. Boyer R., Welsch G., Collings E. W.: Materials Properties Handbook: Titanium Alloys, ASM International, 1994, s.829-864.
• 8. Haasea C., Lapovoka R., Pang Nga H., Estrina Y.: Production of Ti-6Al-4V billet through compaction of blended elemental powders by equal-channel angular pressing. Materials Science and Engineering 2012, A 550, s. 263-272.
• 9. Śleboda T.: Influence of processing history on the mechanical behavior o f P /M F eAl lloys. Steel Research I nternational, 2008, t. 79, s. 493-498.
• 10. Śleboda T., Kane J., Wright R. N., Stoloff N. S., Duquette D. J.: The effect of thermomechanical processing on the properties 679 of Fe-40 at.%Al alloy, Materials Science and Engineering, 2004, A368, s. 332-336.
• 11. Wojtaszek M., Durak. J. , Pernal F.: The research and analysis of mixing process parameters with application of fuzzy logic method for the improvement of properties of PM composites. Kompozyty (Composites), 2009, t. 9, nr 4, s. 327-331.
• 12. Ivasishin O. M., Bondareva K. A, Bondarchuk V. I., Gerasimchuk O. N., Savvakin D. G., Gryaznovb B. A: Fatigue resistance of powder metallurgy Ti-6Al-4V alloy. Strength of Materials, 2004, t. 36, nr. 4.
• 13. Wojtaszek M., Śleboda T.: Thermomechanical processing of P /M T i-6Al-4V alloy. Conference proceedings: METAL 2013: 22nd international conference on Metallurgy and materials: May 15th-17th, Brno.
• 14. Anokhin V. M., Ivasishin O. M., Petrunko A. N.: Structure and properties of sintered titanium alloyed with aluminium, molybdenum and oxygen. Materials Science and Engineering 1998, A243, s. 269-272.