Das Herstellungsverfahren für feinkörnige Stabwerkstoffe aus der Titanlegierung Ti-6Al-4V umfasst die Auswahl eines homogen zusammengesetzten Ti-6Al-4V-Titanlegierungsblocks, dessen Erhitzen und Halten oberhalb der β-Umwandlungstemperatur sowie ein einmaliges Stauchen und Ziehen. Anschließend wird der Block unterhalb der β-Umwandlungstemperatur erhitzt und gehalten und mehrmals gestreckt. Danach wird er ein- oder zweimal unterhalb der β-Umwandlungstemperatur erhitzt und gehalten, um einen Stabrohling zu formen. Abschließend wird der erhaltene Stabrohling wärmebehandelt, gerichtet und poliert, um feinkörnige Stabwerkstoffe aus der Titanlegierung Ti-6Al-4V zu erhalten. Die Erfindung ermöglicht die gezielte Steuerung des Mikrogefüges der Stabwerkstoffe durch die Kombination von Schmieden und Walzen mit niedriger Umformtemperatur und einmaliger großer Umformung. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von feinkörnigen Stäben aus der Titanlegierung Ti6Al4V ist der Prozess im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren (wiederholtes Stauchen) kürzer und kostengünstiger. Es lassen sich stabile, feine und gleichmäßige Quergefüge erzielen, die den ETTC2-Klassifizierungsstufen A1–A3 entsprechen und alle relevanten Normen erfüllen.
Ti-6Al4V ist eine typische zweiphasige Titanlegierung mit geringer Dichte, angemessener Festigkeit, hoher Dauerfestigkeit und ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit. Sie findet breite Anwendung in der Luft- und Raumfahrt sowie in biomedizinischen Anwendungen. Die Titanlegierung Ti6Al4V wurde 1954 erfolgreich entwickelt und ist heute weltweit die am häufigsten verwendete Titanlegierung. Sie macht 50 % der gesamten Titanlegierungsproduktion und 90 % aller verarbeiteten Titanbauteile aus. Aktuell ist sie die meistverwendete Titanlegierung. Die traditionellen Verarbeitungsverfahren für Stäbe und Drähte aus der Titanlegierung Ti6Al4V sind relativ konservativ. Im Allgemeinen wird die Gussstruktur durch wiederholtes Stauchen und Schmieden zerkleinert und verfeinert. Das Mikrogefüge der Stäbe und Drähte muss der Güteklasse A1-A9 des ETTC2-Standarddiagramms entsprechen, was ein eher grobes Gefüge ergibt.
In den letzten Jahren sind mit der Vertiefung der Produktanwendungsforschung die Anforderungen an die Rohmaterialien für Bauteile stetig gestiegen. Es gilt als allgemein anerkannt, dass Stäbe aus der Titanlegierung Ti6Al4V mit feinen und gleichmäßigen, dispergierten α+β-Phasen bei Raumtemperatur hervorragende Eigenschaften aufweisen, insbesondere eine hohe Dauerfestigkeit und gute Schadensresistenz. Die traditionellen Verfahren zur Verarbeitung der Titanlegierung Ti6Al4V sind weit verbreitet, jedoch ist es schwierig, mit konventionellen Herstellungsverfahren Stäbe mit feinen und gleichmäßigen Quer- und Längsstrukturen herzustellen. Insbesondere bei der Serienfertigung stellt die Stabilitätskontrolle eine zusätzliche Herausforderung dar.
Das Herstellungsverfahren für feinkörnige Stäbe aus der Titanlegierung Ti6Al4V kombiniert das Schmieden mit einer hohen hydraulischen Pressung und das Walzen mit niedriger Umformtemperatur und einmaliger großer Umformung, um die Mikrostruktur des Materials gezielt zu steuern. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich feinkörnige Stäbe aus der Titanlegierung Ti6Al4V herstellen, was im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren (wiederholtes Stauchen) einen kürzeren und kostengünstigeren Prozess ermöglicht. Die quer zur Norm angeordneten Mikrostrukturkörner sind fein und gleichmäßig und erfüllen die Anforderungen der ETTC2-Klassifizierungsklassen A1–A3. Alle Leistungsparameter entsprechen den Anforderungen der relevanten Normen.
Das Herstellungsverfahren für feinkörnige Stäbe aus der Titanlegierung Ti-6Al-4V, die zur Herstellung feinkörniger Stäbe aus der Titanlegierung Ti6Al4V (mit ELI) mit einem Durchmesser von ≤ Φ37 mm verwendet werden, umfasst insbesondere die folgenden Schritte: Auswahl eines homogen zusammengesetzten Titanlegierungsblocks aus Ti6Al4V, Einlegen in einen Kammerofen, Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb der β-Umwandlungstemperatur um 170 °C bis 200 °C mit einer Haltezeit von mindestens 170 °C (wobei R der Radius des erhitzten Blocks in mm ist) und anschließendes einmaliges Stauchen und Tiefziehen mit einem Umformgrad von 1,8 bis 2,4 und einem Gesamtumformgrad von 63 % bis 70 %. Im Kastenwiderstandsofen wird der in Schritt 1 erhaltene Stangenrohling um 50 °C bis 70 °C unterhalb der β-Umwandlungstemperatur erhitzt, wobei die Haltezeit zwischen kürzester und längster variiert. Anschließend wird er mehrfach geradlinig geschmiedet, mit einer Umformung von 40 % bis 65 % pro Umformung und einer Gesamtumformung von mindestens 93 %. Der geschmiedete Rohling wird im Kastenwiderstandsofen auf 80 °C bis 100 °C unterhalb der β-Umwandlungstemperatur erhitzt und ein- bis zweimal gewalzt, mit einer Umformung von mindestens 58 % pro Umformung und einer Gesamtumformung von mindestens 80 %. Nachdem der bearbeitete Stangenrohling 1 bis 2 Stunden lang bei 700 °C bis 750 °C erhitzt und anschließend zur Wärmebehandlung an der Luft abgekühlt wurde, wird er gerichtet und poliert, um feinkörnige Stangenmaterialien aus der Titanlegierung Ti6Al4V zu erhalten.
Durch die Kombination von Schmieden und Walzen mit schweren hydraulischen Pressen sowie einer niedrigeren Umformtemperatur und einer hohen Umformung pro Brennzyklus lässt sich das Mikrogefüge des Stangenmaterials gezielt steuern. Die traditionelle Herstellung von Ti6Al4V-Titanlegierungsblöcken basiert auf wiederholtem Stauchen und Zerkleinern des Mikrogefüges oberhalb der β-Umwandlungstemperatur, kombiniert mit einer anschließenden Warmumformung bei einer Temperatur von 30 °C bis 40 °C unterhalb der β-Umwandlungstemperatur, um das Stangenmaterial zu erhalten. Das resultierende Produktmikrogefüge erfüllt jedoch nur die ETTC2-Klassifizierungsstufen A1 bis A7. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung feinkörniger Stäbe aus der Titanlegierung Ti-6Al-4V ist der Prozess im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren (wiederholtes Stauchen) kürzer, effizienter und kostengünstiger. Das Querschnittsgefüge weist ein feines und gleichmäßiges Korn auf, erfüllt die Anforderungen der ETTC2-Klassifizierungsklassen A1 bis A3 und entspricht allen relevanten Normen.
