Titāna sakausējumus plaši izmanto kosmosā, medicīniskajās ierīcēs un augstā - gala aprīkojuma ražošanā, pateicoties to augstajai specifiskajai izturībai, lieliskai izturībai pret koroziju un labu bioloģisko savietojamību. Tomēr karstā ekstrūzijas processtitāna sakausējuma bārisaskaras ar daudziem izaicinājumiem ar ievērojami augstāku sarežģītību salīdzinājumā ar alumīnija, vara un tērauda sakausējumiem. Balstoties uz metāla plūsmas dinamiku un rūpniecības praksi, šajā rakstā sistemātiski tiek analizēti galvenie jautājumi un pretpasākumi titāna sakausējumu karstā ekstrūzijas procesā.
一, procesa grūtību un mehānismu analīze
1. Temperatūras starpības spriegums zemas siltumvadītspējas dēļ
Titāna sakausējumsir zema siltumvadītspēja (apmēram 6,7 w/(m · k)), kas ir tikai 1/3 alumīnija sakausējuma un 1/5 tērauda. Karstā ekstrūzijas procesa laikā, ja ekstrūzijas cilindra temperatūra ir 400 grādu, temperatūras starpība starp virsmas slāni un sagataves kodolu var sasniegt 200–250 grādu. Šis nozīmīgais gradients rada:
Virsmas metāls veido "cietu apvalku" ar augstu izturību un zemu plastiskumu ātras dzesēšanas dēļ.
Galvenais metāls uztur augstu temperatūru un augstu plastiskuma stāvokli;
Iekšējā un ārējo slāņu deformācija nav koordinēta, kā rezultātā rodas papildu stiepes spriegums, kas ir galvenais virsmas plaisu cēlonis.
Saskaņā ar statistiku, neoptimizēto titāna sakausējumu stieņu virsmas plaisas ātrums ir pat 35%, savukārt līdzīgi alumīnija sakausējuma produkti parasti ir mazāki par 5%.
2. Fāzes izmaiņu jutība un plūsma nehomogenitāte
+ / Fāzes pārejas temperatūratitāna sakausējumsbūtiski ietekmē materiāla plūsmas izturēšanos:
Ekstrūzija fāzes apgabalā (virs fāzes pārejas punkta): laba plūstamība, bet ir pakļauta virsmas defektiem, piemēram, apelsīnu mizai;
Ekstrūzija + fāzes reģionā (zem fāzes maiņas punkta): metāls parāda slāņainu plūsmu, un virsmas centra plūsmas ātruma atšķirība var sasniegt 20%–30%, kā rezultātā rodas pārmērīga liekšana.
Rūpniecībā apkures temperatūru parasti kontrolē + fāzes zonas vidū (piemēram, 920–950 grādu TC4 sakausējumiem), lai līdzsvarotu virsmas kvalitāti un plūsmas vienveidību.
3. Pelējums - billet interfeisa reakcija un nodilums
Augstā temperatūrā 980–1030 grādos,titāna sakausējumiir pakļauti eutektiskām reakcijām ar dzelzs - balstītu vai niķeļa - balstītiem veidnes materiāliem, veidojot zemas kausēšanas punktu fāzes, piemēram, TIFE un Tini, kā rezultātā tiek nodilusi pelējuma nodilumu un mizošanu. Bez eļļošanas procesa pelējuma kalpošanas laiks ir tikai 200–300 gabals; Pēc stikla smērvielas izmantošanas to var pacelt līdz vairāk nekā 1500 gabaliem.
Smērvielu pamatfunkcijas ietver:
Augstas temperatūras izolācija: veidojiet šķidru plēvi virs 800 grādiem, lai bloķētu tiešu kontaktu;
Berzes samazināšana un vilkšanas samazināšana: samaziniet berzes koeficientu no 0,8 līdz 0,1–0,2;
Oksidācijas kavēšana: kontrolējiet oksīda slāņa biezumu uz virsmas, lai izvairītos no defektiem, ko izraisa oksīda skalas iegulšana matricā.
2, Procesa optimizācijas un plūsmas kontroles stratēģija
1. Ekstrūzijas metožu un berzes apstākļu optimizācija
Apgrieztā ekstrūzija: Metāla plūsmas vienveidība tiek palielināta par 40%, salīdzinot ar ekstrūziju uz priekšu, un "mirušā zona" tiek samazināta, jo berze atbilst ekstrūzijas virzienam.
Aukstā ekstrūzija: piemērota mazu diametra stieņiem, plūsmas vienveidība ir labāka nekā karstā ekstrūzija, un plūsmas ātruma standartnovirze tiek samazināta par 25%;
Kompozīta eļļošana: Izmantojot grafītu + eļļu - balstītu smērvielu, plūsmas nevienmērīguma koeficientu var samazināt no 0,35 līdz 0,18.
2. Ātruma un temperatūras koordinēta kontrole
Ekstrūzijas ātruma palielināšanās (piemēram, 1 → 5 mm/s) palielinās plūsmas ātruma starpību 3 reizes, kas jāsekmē ar dinamiska ātruma regulēšanu.
Tika kontrolēta ekstrūzijas cilindra un riešanas (attiecīgi līdz 400–450 grādu un 350–400 grādu) temperatūra (attiecīgi), lai temperatūras starpība starp sagataves gala virsmu būtu mazāka vai vienāda ar 50 grādiem, un plūsmas ātruma vienveidība palielinājās par 15%.
3. Pelējuma struktūras dizains
Veidnes konusa leņķis tiek samazināts no 120 grādiem līdz 90 grādiem, kas var samazināt plūsmas nevienmērīguma koeficientu par 18%.
Tiek pieņemts asimetrisks porainas pelējuma izkārtojums "Liels centrālais caurums un mazs perifērais caurums", kas palielina perifēro plūsmas ātrumu par 12% un padara kopējo līdzsvaru līdzsvarotāku.
Kopējo deformāciju kontrolē 60% –70%, lai nepietiekama dēļ izvairītos no stagnācijas vai plaisāšanas (<40%) or excessive (>80%).
3, tipisks gadījums: TC4titāna sakausējumsjoslu ekstrūzijas procesa optimizācija
Uzņēmums samazināja TC4 bāra virsmas plaisas ātrumu no 28% līdz mazāk nekā 3%, izmantojot šādus visaptverošus pasākumus:
Sildīšanas sistēma: trīs - stadijas sildīšana (600 grādu → 850 grāds → 930 grāds), siltuma saglabāšanas laiku aprēķina atbilstoši diametram 1,5 minūtes uz milimetru;
Eļļošanās shēma: 0,2 mm stikla smērviela ir pārklāta uz sagataves virsmas, un pelējumā ir izsmidzināts bora nitrīda pārklājums;
Ātrums - Temperatūras savienojums: Sākotnējais ekstrūzijas ātrums ir 1 mm/s, ātrumu palielina līdz 3 mm/s, kad tukšā aste nonāk deformācijas zonā, un ekstrūzijas cilindra temperatūra tiek palielināta no 400 grādiem līdz 420 grādiem;
Pelējuma dizains: 100 grādu konusa leņķis un asimetrisks 6 bedrīšu die, centrālā cauruma diametrs ir par 15% lielāks nekā perifērija.
Optimizētā produkta kvalitāte ir ievērojami uzlabota: taisnīgums palielinājās no 3 mm/m līdz 1 mm/m, un virsmas raupjuma rentabls ir mazāks vai vienāds ar 0,8 μm saskaņā ar kosmiskās aviācijas standartiem.
4, turpmākais attīstības virziens
1. Saprātīga procesa kontrole
Digitālā dvīņu tehnoloģija tiek ieviesta, lai prognozētu metāla plūsmas stāvokli, izmantojot reālu - laika simulāciju un dinamiski pielāgojiet procesa parametrus.
2. pelējuma materiāla inovācija
Mēs esam izstrādājuši gradienta kompozītmateriāla veidnes ar kobaltu - balstītu sakausējuma virsmu untitāna sakausējumskodols, ņemot vērā augstas temperatūras nodiluma pretestību un vieglo strukturālo svaru.
3. Ultraskaņa - atbalstīta ekstrūzija
Paredzams, ka augstas - frekvences vibrācijas izmantošana, lai samazinātu plūsmas stresu, samazinās ekstrūzijas spēku par 20%-30%, vēl vairāk uzlabojot veidņu kvalitāti un efektivitāti.
Titāna sakausējuma bārsKarsta ekstrūzija ir tipiska "temperatūra - Stress - plūsma" Multi - lauka savienošanas process. Precīzi kontrolējot fāzes pārejas temperatūru, optimizējot eļļošanas interfeisu, inovējot pelējuma struktūru un ieviešot inteliģentas vadības metodes, tā var efektīvi atrisināt sašaurināšanas problēmas, piemēram, plaisas un līkumus, un veicināt augstas - gala titāna materiālus attīstību augstas -, zemas -} {-}. Liela - mēroga ražošana. Ar dziļu materiāla genoma un industriālā intelekta integrāciju titāna sakausējuma karstā ekstrūzijas process virzās uz jaunu "pielāgošanas un nulles defektu posmu.