La aleación de titanio se conoce como "metal espacial" o "metal oceánico" porque combina la resistencia del acero con la ligereza del aluminio y funciona bien en ambientes de corrosión extrema y altas temperaturas. Sin embargo, este excelente rendimiento también plantea importantes desafíos de mecanizado.La aleación de titanio es inherentemente "resistente": tiene una alta resistencia a la deformación, como una "piedra resistente" dura; Tiene una conductividad térmica deficiente y el calor es fácil de acumular localmente, lo que provoca un sobrecalentamiento; Es extremadamente activo a altas temperaturas y reacciona con el oxígeno, nitrógeno, etc. del aire como un lobo hambriento, formando una capa superficial dura y quebradiza. Por lo tanto, no podemos tratarlo como acero ordinario forjado. La forja, una tecnología antigua e inteligente, no es una simple forma de dar forma a las aleaciones de titanio, sino más bien un proceso de "domesticación" cuidadosamente planificado. Su propósito principal es romper su estructura fundida original gruesa a través de alta temperatura y presión, y transformar su estructura interna en granos uniformes, densos y finos, para estimular completamente el potencial de la aleación de titanio - alta resistencia, alta tenacidad, resistencia a la fatiga - estimular completamente.
Forjar una aleación de titanio de ninguna manera es capaz de utilizar fuerza bruta, comienza con una preparación cuidadosa y una predicción precisa. Primero, calentar es un paso crítico. Las aleaciones de titanio tienen una ventana de temperatura de forjado muy estrecha, normalmente entre 850 y 950 grados (para diferentes grados). Si la temperatura es demasiado baja, el material es difícil de deformar y fácil de agrietar; Si la temperatura es demasiado alta, los granos crecerán rápidamente o incluso se derretirán demasiado, lo que provocará el desguace del producto. Este rango de temperatura está estrictamente controlado y debe ser "perfecto". El proceso de calentamiento suele realizarse en un horno eléctrico o de gas, donde la atmósfera debe permanecer neutra o ligeramente oxidada y, en ocasiones, incluso se requiere protección con argón para minimizar la inhalación de gases nocivos. Además, la preparación de la superficie del tocho antes de la forja es crucial, ya que cualquier grieta o defecto menor puede magnificarse después de la forja, lo que requiere una limpieza cuidadosa. Se puede decir que antes de enviar la aleación de titanio al martillo forjado, los ingenieros ya habían planificado todo el camino de "transformación" mediante cálculos termodinámicos y diseño del proceso.
Cuando se retira el tocho de aleación de titanio calentado, comienza un "procesamiento en caliente" en una carrera contra el tiempo. El proceso de forja generalmente se divide en múltiples fuegos (es decir, ciclos de calentamiento-forja-recalentamiento). El primero es el "blanqueo", es decir, utilizar una gran presión para romper preliminarmente la estructura de grano suelto y grueso del lingote. A esto le sigue la "forja multi-direccional", que es la esencia de la forja de titanio. El artesano o manipulador necesita cambiar constantemente la dirección de la fuerza sobre el tocho y alterarlo y alargarlo repetidamente. Este proceso es como amasar, a través de una deformación plástica multi-direccional, los granos internos se rompen, retuercen y reorganizan por completo, dando como resultado una estructura cristalina isoaxial fina y uniforme. Esto no sólo mejora significativamente la uniformidad del material, sino que también mejora en gran medida sus propiedades mecánicas integrales. Durante todo el proceso de deformación, la cantidad de deformación, la velocidad de deformación y la temperatura final de forjado se controlan de manera extremadamente estricta. La temperatura de forjado final no debe ser demasiado baja, de lo contrario provocará un endurecimiento por trabajo o incluso agrietamiento. La forja moderna utiliza principalmente prensas hidráulicas o prensas de forjado rápidas, que pueden proporcionar una presión suave y enorme para lograr una conformación "suave y firme" de las aleaciones de titanio.
Según la forma y los requisitos del producto final, la forja de aleaciones de titanio se divide principalmente en dos caminos: forja libre y forja con matriz. La forja libre, como su nombre indica, es la conformación plástica de palanquillas localmente o en su conjunto mediante herramientas sencillas (como yunques planos o yunques perfilados). Es muy flexible y adecuado para la producción de piezas forjadas grandes y relativamente simples, como discos y ejes para motores aeronáuticos, o para carcasas marinas-resistentes a la presión. La forja libre proporciona una mejor garantía de la calidad profunda de las piezas forjadas, pero tiene una precisión dimensional y una complejidad de forma limitadas. La forja con matriz implica colocar la palanquilla calentada en una cavidad de molde de precisión pre-prefabricada y llenarla con presión para llenar la cavidad del molde. Este método puede formar piezas con formas complejas y dimensiones precisas al mismo tiempo, como trenes de aterrizaje de aviones, palas, etc. La forja con matriz tiene un pequeño margen de procesamiento y una alta utilización del material, pero el costo del molde es alto y los requisitos para los parámetros del proceso de forja son más exigentes. Qué camino elegir es el arte de hacer concesiones-entre el rendimiento del producto, los costos de producción y los ciclos de fabricación.
El fin de la forja no es el final de todo el proceso. Las piezas de titanio recién forjadas tienen enormes tensiones residuales y una estructura irregular en su interior, que debe ser "tratada térmicamente" para estabilizarla y optimizarla. A través de diferentes procesos como el recocido y el envejecimiento en solución, se puede ajustar su microestructura, eliminar tensiones internas y lograr el rendimiento del material en un estado óptimo y estable. Después de esta serie de "templados" y "pruebas de fuego", las aleaciones de titanio finalmente han renacido como materiales de alta-calidad que pueden soportar 10.000 metros de presión de aguas profundas-, resistir corrientes de aire de alta-temperatura durante vuelos supersónicos o servir de forma segura en el cuerpo humano durante décadas. De cara al futuro, la tecnología de forja de aleaciones de titanio está evolucionando hacia una mayor precisión e inteligencia. La forja isotérmica, la conformación casi-red y otras tecnologías pueden producir formas extremadamente complejas casi sin procesamiento posterior a una temperatura más constante y una menor resistencia a la deformación. Al mismo tiempo, la tecnología de simulación por computadora se está utilizando ampliamente para predecir el flujo de metal, los cambios de temperatura y la evolución del tejido durante el proceso de forja, de modo que este viaje de "domesticación" vaya por el camino correcto desde el principio. Se puede decir que cada forja exitosa de una aleación de titanio es un diálogo perfecto entre la inteligencia humana y la naturaleza material.
