A liga de titânio é conhecida como “metal espacial” ou “metal oceânico” porque combina a resistência do aço com a leveza do alumínio e tem um bom desempenho em corrosão extrema e ambientes de alta temperatura. No entanto, esse excelente desempenho também apresenta desafios de usinagem significativos.A liga de titânio é inerentemente "teimosa": possui alta resistência à deformação, como uma "pedra teimosa" dura; Possui baixa condutividade térmica e o calor é fácil de coletar localmente, levando ao superaquecimento; É extremamente ativo em altas temperaturas e reage com oxigênio, nitrogênio, etc. no ar como um lobo faminto, formando uma camada superficial dura e quebradiça. Portanto, não podemos tratá-lo como aço comum forjado. O forjamento, uma tecnologia antiga e inteligente, não é uma simples moldagem de ligas de titânio, mas sim um processo de "domesticação" cuidadosamente planejado. Seu objetivo principal é quebrar sua estrutura fundida original grosseira por meio de alta temperatura e pressão, e transformar sua estrutura interna em grãos uniformes, densos e finos, de modo a estimular totalmente o potencial da liga de titânio - alta resistência, alta tenacidade, resistência à fadiga - estimular completamente.
Forjar ligas de titânio não é de forma alguma capaz de força bruta; começa com uma preparação cuidadosa e previsões precisas. Primeiro, o aquecimento é uma etapa crítica. As ligas de titânio têm uma janela de temperatura de forjamento muito estreita, normalmente entre 850 graus e 950 graus (para diferentes graus). Se a temperatura for muito baixa, o material será difícil de deformar e fácil de rachar; Se a temperatura for muito alta, os grãos crescerão rapidamente ou até derreterão muito, resultando no descarte do produto. Esta faixa de temperatura é estritamente controlada e deve estar "perfeita". O processo de aquecimento geralmente é realizado em forno elétrico ou a gás, onde a atmosfera deve permanecer neutra ou levemente oxidada, e às vezes até proteção com argônio é necessária para minimizar a inalação de gases nocivos. Além disso, a preparação da superfície do tarugo antes do forjamento é crucial, pois quaisquer pequenas rachaduras ou defeitos podem ser ampliados após o forjamento, necessitando de uma limpeza cuidadosa. Pode-se dizer que antes de a liga de titânio ser enviada para o martelo forjado, os engenheiros já haviam planejado todo o caminho de “transformação” dela por meio de cálculos termodinâmicos e projeto de processo.
Quando o tarugo de liga de titânio aquecido ao calor é retirado, começa um "processamento a quente" em uma corrida contra o tempo. O processo de forjamento geralmente é dividido em vários fogos (ou seja, ciclos de aquecimento-forjamento-reaquecimento). O primeiro é o “blanking”, ou seja, usar grande pressão para quebrar preliminarmente a estrutura de grãos soltos e grossos do lingote. Isso é seguido pelo "forjamento multi{7}}direcional", que é a essência do forjamento de titânio. O artesão ou manipulador precisa mudar constantemente a direção da força no tarugo e virar e alongar repetidamente. Esse processo é semelhante ao amassamento, por meio de deformação plástica multi{10}}direcional, os grãos internos são totalmente quebrados, torcidos e reorganizados, resultando em uma estrutura cristalina isoaxial fina e uniforme. Isto não só melhora significativamente a uniformidade do material, mas também melhora muito as suas propriedades mecânicas abrangentes. Durante todo o processo de deformação, a quantidade de deformação, a taxa de deformação e a temperatura final de forjamento são controladas de forma extremamente rigorosa. A temperatura final de forjamento não deve ser muito baixa, caso contrário poderá ocorrer endurecimento por trabalho ou até mesmo rachaduras. O forjamento moderno usa principalmente prensas hidráulicas ou prensas de forjamento rápido, que podem fornecer uma pressão suave e enorme para obter uma modelagem "suave e firme" de ligas de titânio.
De acordo com a forma e os requisitos do produto final, o forjamento de liga de titânio é dividido principalmente em dois caminhos: forjamento livre e forjamento sob matriz. O forjamento livre, como o próprio nome sugere, é a conformação plástica de tarugos localmente ou como um todo por meio de ferramentas simples (como bigornas planas, bigornas perfiladas). É altamente flexível e adequado para a produção de peças forjadas grandes e relativamente simples, como discos e eixos para motores aeronáuticos ou para carcaças resistentes à pressão marítima-. O forjamento livre oferece melhor garantia da qualidade profunda dos forjados, mas tem precisão dimensional e complexidade de forma limitadas. O forjamento envolve colocar o tarugo aquecido em uma cavidade de molde de precisão pré-fabricada e preenchê-lo com pressão para preencher a cavidade do molde. Este método pode formar peças com formas complexas e dimensões precisas ao mesmo tempo, como trem de pouso de aeronaves, pás, etc. O forjamento tem uma pequena margem de processamento e alta utilização de material, mas o custo do molde é alto e os requisitos para os parâmetros do processo de forjamento são mais exigentes. O caminho a ser escolhido é a arte das compensações-entre desempenho do produto, custos de produção e ciclos de fabricação.
O fim do forjamento não é o fim de todo o processo. As peças de titânio que acabaram de ser forjadas apresentam enormes tensões residuais e estrutura interna irregular, que devem ser "tratadas termicamente" para estabilizar e otimizar. Através de diferentes processos, como recozimento e envelhecimento em solução, sua microestrutura pode ser ajustada, tensões internas podem ser eliminadas e o desempenho do material pode ser alcançado em um estado ideal e estável. Após essa série de "têmpera" e "testes de fogo", as ligas de titânio finalmente renasceram como materiais-de alta qualidade que podem suportar 10.000 metros de pressão-de profundidade do mar, resistir a correntes de ar-de alta temperatura durante voos supersônicos ou servir com segurança no corpo humano por décadas. Olhando para o futuro, a tecnologia de forjamento de ligas de titânio está evoluindo na direção de maior precisão e inteligência. Forjamento isotérmico, formação quase{10}}rede e outras tecnologias podem produzir formas extremamente complexas com quase nenhum processamento subsequente em uma temperatura mais constante e menor resistência à deformação. Ao mesmo tempo, a tecnologia de simulação computacional está sendo amplamente utilizada para prever o fluxo do metal, as mudanças de temperatura e a evolução do tecido durante o processo de forjamento, para que esta jornada de “domesticação” esteja no caminho certo desde o início. Pode-se dizer que todo forjamento bem-sucedido de liga de titânio é um diálogo perfeito entre a inteligência humana e a natureza material.
