Sıcak ekstrüzyon işlemi sırasında TA1 titanyum çubuklardaki yapısal değişiklikler

TA1 titanyum çubukların görünümü çeliğe çok benzer, yoğunluğu 4,51 g/cm3 olup çeliğin %60'ından azdır ve refrakter metaller arasında en düşük yoğunluklu metal elementtir. Genellikle mekanik özellikler ve saflık olarak bilinen titanyumun mekanik özellikleri çok önemlidir. Yüksek saflıkta titanyum mükemmel işlenebilirliğe sahiptir, uzama, kesit büzülmesi iyidir, ancak düşük mukavemetlidir, yapısal malzemeler için uygun değildir. Endüstriyel saf titanyum, yapısal malzemelerin üretimine uygun, yüksek mukavemet ve plastisiteye sahip, orta miktarda yabancı madde içerir. Titanyum ve titanyum alaşımlı kütük ısıl iletkenliği düşüktür, sıcak ekstrüzyonda yüzey tabakası oluşturulacak ve iç tabaka büyük bir sıcaklık farkı yaratacaktır, ekstrüzyon silindirinin sıcaklığı 400 derece olduğunda sıcaklık farkı 200 ~ 250 dereceye ulaşabilir. Emme güçlendirme ve kütük bölümünde, çok farklı mukavemet özellikleri ve plastik özellikler üretmek için kütük yüzeyinin ve metalin merkezinin ortak etkisi altında büyük bir sıcaklık farkı vardır, ekstrüzyon işleminde yüzey katmanında çok düzensiz deformasyona neden olur Büyük ilave çekme gerilmelerinin, ekstrüzyonda ürün yüzeyinde çatlaklar oluşmasına ve kökte çatlaklar oluşmasına neden olur. Titanyum ve titanyum alaşımlı ürünlerin sıcak ekstrüzyon işlemi alüminyum alaşımlarına, bakır alaşımlarına ve hatta çelik ekstrüzyon işlemine göre daha karmaşıktır, bu kararın titanyum ve titanyum alaşımının özel fiziksel ve kimyasal özelliklerinden kaynaklanmaktadır.

Şimdiye kadar titanyum çubukların ekstrüzyon işleminde yağlayıcıların kullanılması gerekiyordu. Bunun ana nedeni şudur: 980 derece ve 1030 derece sıcaklıkta titanyum, demir bazlı veya nikel bazlı alaşım kalıp malzemesi eriyebilir ötektik ile oluşturulacak, böylece kalıp güçlü bir şekilde aşınacaktır. Grafit yağlayıcılar kullanıldığında, titanyum çubukların ve titanyum alaşımlı çubukların kalıp üzerindeki çalışmaya yapışmasının bir sonucu olarak ürünün yüzeyinde derin uzunlamasına çizik çizgileri oluşabilmektedir. Profillerin cam yağlayıcılarla ekstrüzyonu, yeni türde kusurlara, yani ürünün yüzey katmanında çatlaklara yol açar. Titanyum ve titanyum alaşımlarının düşük ısı iletkenliği nedeniyle "çöp izlerinin" ortaya çıktığı, bunun da kütüğün yüzey katmanının keskin bir şekilde soğumasına ve plastisitede keskin bir azalmaya neden olduğu gösterilmiştir.

Titanyum alaşımları, 200 (düşük mukavemet) ~ 1300 (yüksek mukavemet) MPa için düşük mukavemetli, yüksek plastikliğe, orta mukavemetli ve yüksek mukavemete sahiptir, ancak genel olarak titanyum alaşımları, yüksek mukavemetli alaşımlar olarak kabul edilebilir. Orta mukavemetli olarak kabul edilen alüminyum alaşımlarına göre daha yüksek mukavemete sahiptirler ve mukavemet açısından belirli çelik türlerinin tamamen yerini alabilirler. 150 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda mukavemetini hızla kaybeden alüminyum alaşımlarıyla karşılaştırıldığında, bazı titanyum alaşımları 600 derecede iyi mukavemeti korur. Yoğun metal titanyumun hafif olması nedeniyle alüminyum alaşımlarına göre daha yüksek mukavemet, yüksek mukavemet için alüminyuma göre daha yüksek sıcaklıklarda muhafaza edilebilmekte ve havacılık sektörü tarafından büyük önem verilmektedir. Titanyumun yoğunluğu göz önüne alındığında çelik için %57, özgül mukavemeti (mukavemet/ağırlık oranı veya mukavemet/yoğunluk oranı spesifik mukavemet olarak adlandırılır) yüksek, korozyon, oksidasyon, yorulma direnci güçlüdür, titanyum alaşımları, 3/4 havacılık için kullanılır yapısal malzemelerin temsilcisi olarak yapısal alaşımlar, 1/4 esas olarak korozyona dayanıklı alaşımlar olarak kullanılır. Titanyum alaşımı yüksek mukavemete ve küçük yoğunluğa sahiptir, iyi mekanik özellikler, tokluk ve korozyon direnci çok iyidir. Ek olarak, titanyum alaşımının işlem performansı zayıftır, kesme ve işleme zorlukları vardır, ısıl işlemde hidrojen, oksijen, nitrojen ve karbon gibi yabancı maddelerin emilmesi çok kolaydır. Ayrıca aşınma direnci zayıftır ve üretim süreci karmaşıktır. Titanyumun sanayileşmiş üretimine 1948 yılında başlandı. Havacılık endüstrisinin ihtiyaçları gelişti, böylece titanyum endüstrisi yıllık ortalama %8 büyüme oranına ulaştı. Şu anda dünyanın yıllık titanyum alaşımı işleme malzemeleri üretimi 40.000 tondan fazla, yaklaşık 30 çeşit titanyum alaşımına ulaştı. En yaygın kullanılan titanyum alaşımı Ti-6Al-4V (TC4), Ti-5Al-2.5Sn (TA7) ve endüstriyel saf titanyumdur (TA1, TA2 ve TA3).