آلیاژ تیتانیوم به عنوان "فلز فضایی" یا "فلز اقیانوسی" شناخته می شود زیرا استحکام فولاد را با سبکی آلومینیوم ترکیب می کند و در محیط های خوردگی شدید و دمای بالا عملکرد خوبی دارد. با این حال، این عملکرد عالی همچنین چالش های ماشینکاری قابل توجهی را ایجاد می کند.آلیاژ تیتانیوم ذاتا "سرسخت" است: مانند یک "سنگ سرسخت" سخت، مقاومت در برابر تغییر شکل بالایی دارد. رسانایی حرارتی ضعیفی دارد و گرما به راحتی به صورت محلی جمع آوری می شود که منجر به گرمای بیش از حد می شود. در دماهای بالا بسیار فعال است و مانند یک گرگ گرسنه با اکسیژن، نیتروژن و غیره در هوا واکنش می دهد و یک لایه سطحی شکننده و سخت تشکیل می دهد. بنابراین، ما نمی توانیم با آن مانند فولاد معمولی جعلی رفتار کنیم. آهنگری، یک فناوری باستانی و هوشمند، یک شکل دهی ساده برای آلیاژهای تیتانیوم نیست، بلکه بیشتر شبیه یک فرآیند "رام کردن" با برنامه ریزی دقیق است. هدف اصلی آن شکستن ساختار درشت ریختهگری اولیه آن از طریق دما و فشار بالا و تبدیل ساختار داخلی آن به دانههای یکنواخت، متراکم و ریز است، به طوری که پتانسیل آلیاژ تیتانیوم - استحکام بالا، چقرمگی بالا، مقاومت در برابر خستگی - کاملاً تحریک میشود.
آهنگری آلیاژ تیتانیوم به هیچ وجه قادر به اعمال نیروی بی رحم نیست، با آماده سازی دقیق و پیش بینی دقیق شروع می شود. اول، گرم کردن یک مرحله حیاتی است. آلیاژهای تیتانیوم پنجره دمای آهنگری بسیار باریکی دارند که معمولاً بین 850 درجه تا 950 درجه (برای درجات مختلف) است. اگر دما خیلی پایین باشد، تغییر شکل دادن مواد و شکستن آن آسان است. اگر دما خیلی بالا باشد، دانه ها به سرعت رشد می کنند یا حتی خیلی داغ ذوب می شوند و در نتیجه محصول از بین می رود. این محدوده دما به شدت کنترل می شود و باید "درست" باشد. فرآیند گرمایش معمولاً در یک کوره برقی یا گازی انجام میشود، جایی که اتمسفر باید خنثی یا کمی اکسید شده باقی بماند و گاهی اوقات حتی حفاظت از آرگون برای به حداقل رساندن استنشاق گازهای مضر لازم است. علاوه بر این، آماده سازی سطح بیلت قبل از آهنگری بسیار مهم است، زیرا هر گونه ترک یا نقص جزئی را می توان پس از آهنگری بزرگ کرد و نیاز به تمیز کردن دقیق دارد. می توان گفت قبل از ارسال آلیاژ تیتانیوم به چکش آهنگری، مهندسان از طریق محاسبات ترمودینامیکی و طراحی فرآیند، کل مسیر «تبدیل» را برای آن برنامه ریزی کرده بودند.
هنگامی که شمش آلیاژ تیتانیوم گرم شده خارج می شود، یک "فرآوری داغ" در مسابقه ای با زمان آغاز می شود. فرآیند آهنگری معمولاً به چند آتش سوزی تقسیم می شود (یعنی سیکل های گرمایش- آهنگری-دوباره گرم کردن). اولین مورد "بلانینگ" است، یعنی استفاده از فشار زیاد برای شکستن اولیه ساختار دانه سست و درشت در شمش. به دنبال آن "- آهنگری چند جهته" که جوهره آهنگری تیتانیوم است. صنعتگر یا دستکاری کننده باید به طور مداوم جهت نیروی وارد شده به شمش را تغییر دهد و مکرراً ناراحت و طولانی شود. این فرآیند مانند ورز دادن است، از طریق تغییر شکل پلاستیکی چند جهته، دانههای داخلی کاملاً شکسته، پیچ خورده و سازماندهی مجدد میشوند و در نتیجه ساختار کریستالی هم محوری ظریف و یکنواختی ایجاد میشود. این نه تنها به طور قابل توجهی یکنواختی مواد را بهبود می بخشد، بلکه خواص مکانیکی جامع آن را نیز تا حد زیادی بهبود می بخشد. در طول کل فرآیند تغییر شکل، مقدار تغییر شکل، نرخ تغییر شکل و دمای آهنگری نهایی به شدت کنترل می شود. دمای آهنگری نهایی نباید خیلی پایین باشد، در غیر این صورت منجر به سفت شدن کار یا حتی ترک خوردن می شود. آهنگری مدرن بیشتر از پرس های هیدرولیک یا پرس های آهنگری سریع استفاده می کند که می تواند فشار صاف و عظیمی را برای دستیابی به شکل دهی "لطیف و محکم" آلیاژهای تیتانیوم ایجاد کند.
با توجه به شکل و الزامات محصول نهایی، آهنگری آلیاژ تیتانیوم عمدتاً به دو مسیر تقسیم می شود: آهنگری آزاد و آهنگری قالب. آهنگری آزاد همانطور که از نامش پیداست، شکل دهی پلاستیکی بیلت ها به صورت محلی یا به طور کلی توسط ابزارهای ساده (مانند سندان تخت، سندان پروفیلی) است. این بسیار انعطاف پذیر است و برای تولید آهنگرهای بزرگ و نسبتا ساده، مانند دیسک ها و شفت ها برای موتورهای هوا، یا برای محفظه های مقاوم در برابر فشار{2}دریایی مناسب است. آهنگری رایگان تضمین بهتری از کیفیت عمیق آهنگری می دهد، اما دقت ابعادی و پیچیدگی شکل محدودی دارد. آهنگری قالب شامل قرار دادن شمش گرم شده در یک حفره قالب دقیق از قبل ساخته شده و پر کردن آن با فشار برای پر کردن حفره قالب است. این روش میتواند قطعاتی با اشکال پیچیده و ابعاد دقیق را در یک زمان تشکیل دهد، مانند ارابه فرود هواپیما، تیغهها و غیره. فورج قالب دارای هزینه پردازش کمی و استفاده از مواد بالایی است، اما هزینه قالب بالا است و الزامات پارامترهای فرآیند آهنگری بیشتر است. اینکه کدام مسیر را انتخاب کنید هنر مبادله-بین عملکرد محصول، هزینههای تولید و چرخههای تولید است.
پایان آهنگری پایان کل فرآیند نیست. قطعات تیتانیومی که به تازگی آهنگری شده اند دارای تنش های پسماند عظیم و ساختار ناهموار در داخل هستند که برای تثبیت و بهینه سازی باید «عملیات حرارتی» شوند. از طریق فرآیندهای مختلف مانند بازپخت و پیری محلول، می توان ریزساختار آن را تنظیم کرد، تنش های داخلی را حذف کرد و عملکرد ماده را در حالت بهینه و پایدار به دست آورد. پس از این سری آزمایشهای "تمرینگ" و "آتش"، آلیاژهای تیتانیوم بالاخره بهعنوان موادی-بالا متولد شدند که میتوانند 10000 متر فشار عمیق دریا را تحمل کنند، در طول پرواز مافوق صوت در برابر جریانهای هوای با دمای بالا مقاومت کنند یا برای دههها به طور ایمن در بدن انسان کار کنند. با نگاهی به آینده، فناوری آهنگری آلیاژ تیتانیوم در جهت دقت و هوشمندی بیشتر در حال تکامل است. فورج همدما، شکلدهی شبکه نزدیک و سایر فناوریها میتوانند اشکال بسیار پیچیده و تقریباً بدون پردازش بعدی در دمای ثابتتر و مقاومت در برابر تغییر شکل کمتر ایجاد کنند. در عین حال، فناوری شبیه سازی کامپیوتری به طور گسترده ای برای پیش بینی جریان فلز، تغییرات دما و تکامل بافت در طول فرآیند آهنگری مورد استفاده قرار می گیرد، به طوری که این سفر "رام کردن" از ابتدا در مسیر درستی قرار دارد. می توان گفت که هر آهنگری موفقیت آمیز آلیاژ تیتانیوم گفتگوی کاملی بین هوش انسان و طبیعت مادی است.
