ABSTRACT In the development of hot metal forming, the metallic products must comply with the requirements imposed by current standards. In some cases, the required microstructure can only be obtained through thermomechanical processing. With titanium and its alloys, small ranges of good workability are an additional difficulty. In this work the hot-workability of aeronautical quality titanium alloys was studied through hot torsion and compression testing. The results were used to define the m teri l’s pl stic behaviour seeking to optimize forging and extrusion operating parameters, such as temperature, strain rate, area reduction, etc. Additionally, different processing routes were simulated through hot-torsion testing and the resulting microstructures were analysed and successfully compared to the current standards. At the same time, the minimum amount of area reduction required to obtain such microstructure was determined. The results of hot-workability testing plus the information registered in full-scale Grade 2 Ti extrusion tests were used to simulate different extrusion processes with FEA. To calibrate the FE model it was also necess ry to ev lu te the illet’s temper ture evolution through the press’s feeding system nd the behaviour of the available lubricants. The FE model proved to be accurate to predict the required extrusion force for the tested geometries. This way, the feasibility of extruding different sections was determined and the operating parameters were optimized to maintain the extrusion pressure within operative limits as well as to obtain the m teri l’s properties nd microstructures required in current st nd rds.

RESUMEN En el desarrollo de procesos de conformado en caliente, los productos metálicos deben cumplir los requerimientos impuestos por las normas vigentes. En muchos casos, la microestructura requerida solo puede obtenerse a través del procesamiento termomecánico. Con el titanio y sus aleaciones, se presenta la dificultad adicional de estrechos rangos de formabilidad en caliente. En este trabajo se estudió la formabilidad de distintas aleaciones de titanio de calidad aeronáutica a través de ensayos de compresión y torsión en caliente. Los resultados fueron utilizados para determinar el comportamiento del material, con el objeto de optimizar variables operativas en procesos de forja y extrusión, como temperatura de trabajo, velocidad de deformación, reducción de área, etc. Adicionalmente el ensayo de torsión en caliente permitió simular rutas de procesamiento y estudiar las microestructuras resultantes, las que fueron comparadas satisfactoriamente con las requeridas por las normas actuales. Al mismo tiempo se pudo determinar la cantidad necesaria de reducción en el último paso de forjado para obtener dicha microestructura. A partir de la información obtenida en los ensayos de formabilidad, y de los datos registrados en pruebas a escala real realizadas en Ti Gr 2, se simularon distintos procesos de extrusión por elementos finitos (FE). Para calibrar el modelo computacional fue también necesario medir la evolución de temperatura del material durante la alimentación de la prensa y evaluar el comportamiento de los lubricantes disponibles. Finalmente, el modelo permitió calcular con precisión la fuerza de extrusión requerida en el caso de los perfiles ensayados experimentalmente. De esta forma se pudo determinar la viabilidad de la extrusión de diferentes perfiles optimizando las variables de operación requeridas para mantener la presión de extrusión dentro de la capacidad operativa de la prensa y al mismo tiempo obtener las propiedades y microestructuras requeridas por las normas vigentes.

ABSTRACTFor the manufacture of seamless pipes and tubes are used, as raw materials, hollow bars from hot deformation processes like extrusion and rotary tube piercing (Mannesmann process). Starting from these semi-elaborated products and by means of successive cross sections reductions through tube drawing or tube rolling (cold pilgering) the requested final dimensions are achieved. The rotary tube piercing process, Mannesmann process, includes drilling cylindrical billet through a progressive diametral compression that generates a crack at the center and facilitates perforation along the oblique transverse rolling. In contrast, the extrusion is a compression process in which the metal is forced to flow through a die to shape cross section. This characterization work was performed on semifinished products from both processes, extrusion and rotary tube piercing in titanium alloys (Titanium Gr. 2 (Titanium Commercially Pure) and Titanium Gr. 5 (Ti-6Al-4V)). Destructive tests (tensile test, flattening test and flaring test) non-destructive tests (visual inspection, boroscopy, dimensional, surface roughness and discontinuity determination by dye penetrant) and metallogra-phy (macro and micro) were performed. Chemical contamination caused by the furnace atmosphere was also assessed. Finally, the characteristic defects from each deformation process, their root cause and possible solutions were discussed.

RESUMENPara la fabricación de tubos y caños sin costura se utilizan como materias primas, semielaborados huecos provenientes de procesos de deformación en caliente tales como extrusión y laminación perforación (proceso Mannesmann). A partir de los cuales y por medio de sucesivas reducciones de área a través de laminación o de trafilación se alcanzan las medidas finales solicitadas. El proceso de laminación perforación, por efecto Mannesmann, contempla la perforación de tochos cilíndricos, a través de una compresión diametral progresiva, que genera una fractura en el núcleo y facilita la perforación junto a la laminación transversal oblicua. En cambio la extrusión es un proceso por compresión en el cual el metal es forzado a fluir a través de una matriz para darle forma a su sección transversal. El presente trabajo de caracterización se realizó sobre semielaborados provenientes de ambos procesos, laminación perforación y extrusión, en aleaciones de titanio (Titanio Gr. 2 (Titanio Comercialmente Puro) y Titanio Gr. 5 (Ti-6Al-4V)). Se realizaron ensayos destructivos (tracción, aplastado y abocardado), no destructivos (inspección visual, videoscopía, dimensionales, rugosidad superficial y determinación de discontinuidades por tintas penetrantes) y macro y micro metalografías. También se evaluó la contaminación química provocada por la atmósfera del horno. Finalmente se analizaron los defectos característicos provenientes de cada proceso de deformación, su causa raíz y sus posibles soluciones.