Quais são as características do processo de trabalho a frio para barras e fios de liga de titânio?

 

As características estruturais cristalinas das ligas de titânio resultam em uma dificuldade de trabalho a frio muito maior em comparação com aços carbono e ligas de cobre comuns. Para ligas de titânio tipo e + - (Grau 1,5ª série), o número de sistemas deslizantes operáveis ​​à temperatura ambiente é limitado; a deformação gera prontamente gêmeos e leva a uma alta taxa de endurecimento por trabalho. Embora as ligas de titânio do tipo Δ possuam uma conformabilidade a frio relativamente superior, o emaranhamento das luxações e o fortalecimento da textura ainda ocorrem sob grandes deformações. A seleção inadequada dos parâmetros de trabalho a frio pode facilmente causar quebra do fio, arranhões na superfície, trincas induzidas por tensão residual, anisotropia excessiva das propriedades mecânicas e outros defeitos.

 

 

1. Princípios do Processo

Estiramento a frio: A peça bruta é puxada através de uma matriz sob força externa para realizar redução e alongamento do diâmetro.

Estampagem rotativa a frio: Martelamento radial de alta frequência por martelos, adequado para redução precisa do diâmetro de barras de grande porte.

Laminação a frio: Conformação por compressão de rolos, aplicada principalmente em peças com formatos especiais e arames de pequeno e médio porte.

 

2. Recursos materiais

Endurecimento pronunciado do trabalho. A redução da área de passagem única varia de 10% a 20%. A deformação excessiva causa fratura do material e aderência da matriz.. + as ligas de titânio apresentam um endurecimento mais forte, enquanto as ligas de titânio proporcionam melhor plasticidade a frio.

 

O titânio tem alta atividade superficial e é propenso a soldagem a frio e aderência da matriz. São necessários lubrificantes sólidos especiais e pré-tratamento do blank; esquemas de lubrificação orientados ao aço não podem ser adotados diretamente.

A deformação a frio produz textura do fio e traz propriedades mecânicas anisotrópicas. O recozimento só pode enfraquecer a textura, em vez de eliminá-la completamente.

 

A deformação não uniforme deixa tensão de tração residual, prejudicando a resistência à corrosão e o desempenho à fadiga. O recozimento intermediário com alívio de tensão deve ser adotado para processamento de múltiplas passagens.

 

 

1. Grãos

Os grãos equiaxiais originais são alongados para formar microestruturas fibrosas. Sob grande deformação, os grãos alongados fragmentam-se e geram subgrãos de deformação. Além do deslizamento, a fase hexagonal compacta (HCP) desenvolve gêmeos de deformação, que segmentam os grãos e dificultam o movimento de discordância.

 

2. Luxações

A deformação a frio aumenta a densidade de discordância e produz emaranhados de discordância, células de discordância e subgrãos, que constituem o mecanismo central do fortalecimento por trabalho a frio.

 

3. Fases

A deformação das ligas de titânio é realizada por escorregamento e geminação de fase. A deformação a frio de ligas de titânio metaestáveis ​​pode desencadear → '' transformação martensítica, que afeta a resistência e a elasticidade. Ligas de titânio estáveis ​​deformam-se principalmente por deslocamento de fase e dificilmente sofrem transformação de fase.

 

 

1. Deformação total a frio

O aumento da deformação a frio aumenta a resistência e a dureza, mas reduz a plasticidade das ligas de titânio.

Baixa deformação a frio: Fraco endurecimento por trabalho, ligeiro incremento de resistência, plasticidade favorável, baixa tensão residual e textura suave. Adequado para fios de fixação de alta plasticidade.

 

Deformação moderada a frio: Aumento da resistência e diminuição do alongamento; microestrutura fibrosa e textura óbvia são formadas. Esta é a rota de processo comum para fios de titânio de alta resistência.

 

Grande deformação a frio: A multiplicação maciça de discordâncias leva a uma melhoria substancial da resistência, acompanhada de plasticidade deteriorada e aumento da fragilidade, bem como tensão residual e textura proeminentes. É adotado apenas para um pequeno número de componentes de alta resistência e alta elasticidade, e os produtos acabados requerem recozimento suficiente para alívio de tensões.

 

2. Alocação de passes e recozimento intermediário

Dada a deformação total fixa, os passes de trefilação ou laminação afetam o rendimento do produto e a uniformidade das propriedades. Grande deformação em passagem única causa facilmente concentração de tensão e rachaduras superficiais. A deformação em múltiplas passagens e pequenas deformações combinada com o recozimento intermediário alivia o endurecimento por trabalho, facilita a conformação e produz propriedades de material mais uniformes.

Recozimento de recuperação: Elimina tensões residuais e restaura parcialmente a plasticidade com pouca redução de resistência, utilizado principalmente para alívio de tensões de produtos acabados.

Recozimento de recristalização: Suaviza totalmente os materiais para posterior trefilação a frio. Temperatura excessivamente alta ou tempo de retenção prolongado causam o engrossamento dos grãos, o que degrada a resistência e o desempenho à fadiga. O recozimento de ligas de titânio deve ser realizado sob vácuo ou atmosfera inerte para evitar a absorção de hidrogênio e oxigênio, evitando a fragilização por hidrogênio e a deterioração da tenacidade.

 

3. Qualidade de superfície e desempenho de serviço

Arranhões, buracos e microfissuras induzidos pelo trabalho a frio tendem a iniciar fratura por fadiga e corrosão sob tensão. O desempenho à fadiga das barras e fios de titânio é altamente sensível a defeitos superficiais. A lubrificação otimizada e o controle das condições da matriz melhoram o estado da superfície e prolongam a vida útil em fadiga. Mesmo pequenos defeitos superficiais podem reduzir significativamente a resistência à fadiga.

 

 

Defeito	Principais causas	Contramedidas de controle
Quebra de fio durante trefilação	Deformação excessiva em passe único, endurecimento acumulado, defeitos superficiais de peças brutas, falha de lubrificação, fragilização por hidrogênio	Reduza a redução de passagem única; aumentar o recozimento intermediário; polir peças em bruto para remover defeitos superficiais; controlar rigorosamente o teor de hidrogênio
Arranhões e descamação da superfície	Soldagem a frio e colagem de matrizes entre titânio e matrizes	Otimizar o revestimento da superfície em branco; adotar matrizes de metal duro; controlar o ângulo do cone da matriz e o acabamento da superfície
Fissuração induzida por tensão residual	Tensão de tração residual excessiva após deformação em múltiplos passes	Implementar recozimento intermediário de alívio de tensão; controlar a taxa de resfriamento
Anisotropia de propriedade excessiva	Textura de deformação intensa	Controlar razoavelmente a deformação total; otimizar o regime de recozimento; ajuste a textura inicial em branco, se necessário

 

Referências

[1] ZhouZongyi. Status de desenvolvimento e métodos de fortalecimento de ligas de titânio de alta resistência [J]. Jornal da Universidade de Tecnologia de Pequim, 2022.

[2] Sol Xiaoping. Mecanismo de evolução da microestrutura e textura de ligas de titânio sob regulação sinérgica de laminação-estiramento-recozimento-resfriamento[J]. Materiais metálicos raros e engenharia, 2025.

[3]Dong Jie. Efeitos dos processos de fabricação de barras médicas de liga de titânio TC4 de alta plasticidade na microestrutura e propriedades [J]. Mundo Metálico, 2021.

 

 

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