آلیاژهای تیتانیوم به دلیل قدرت خاص خاص ، مقاومت در برابر خوردگی عالی و سازگاری خوب ، به طور گسترده در هوافضا ، دستگاه های پزشکی و تولید تجهیزات بالا} بالا استفاده می شوند. با این حال ، روند اکستروژن داغ ازمیله های آلیاژ تیتانیومدر مقایسه با آلیاژهای آلومینیوم ، مس و فولادی با چالش های بی شماری روبرو است. بر اساس پویایی جریان فلزی و شیوه های صنعتی ، این مقاله به طور سیستماتیک موضوعات کلیدی و اقدامات متقابل را در فرآیند اکستروژن داغ آلیاژهای تیتانیوم مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهد.
一 ، تجزیه و تحلیل مشکلات و مکانیسم های فرآیند
1. استرس اختلاف دما به دلیل هدایت حرارتی کم
آلیاژ تیتانیومدارای هدایت حرارتی کم (حدود 6.7 W/(M · K)) است که تنها 1/3 آلیاژ آلومینیوم و 1/5 فولاد است. در طی فرآیند اکستروژن داغ ، اگر دمای سیلندر اکستروژن 400 درجه باشد ، اختلاف دما بین لایه سطح و هسته بیل می تواند به 200-250 درجه برسد. این شیب قابل توجه در:
فلز سطحی به دلیل خنک کننده سریع "پوسته سخت" را با استحکام بالا و انعطاف پذیری کم تشکیل می دهد.
فلز هسته دارای دمای بالا و حالت انعطاف پذیری بالا است.
تغییر شکل لایه های داخلی و بیرونی بدون هماهنگی است و در نتیجه استرس کششی اضافی ایجاد می شود که علت اصلی ترک های سطح است.
طبق آمار ، میزان ترک سطح میله های آلیاژ تیتانیوم بهینه نشده به اندازه 35 ٪ است ، در حالی که محصولات آلیاژ آلومینیومی مشابه معمولاً کمتر از 5 ٪ هستند.
2. تغییر فاز حساسیت و ناهمگونی جریان
دمای انتقال + / فازآلیاژ تیتانیومبه طور قابل توجهی بر رفتار جریان مواد تأثیر می گذارد:
اکستروژن در ناحیه فاز (بالاتر از نقطه انتقال فاز): سیالیت خوب ، اما مستعد نقص سطح مانند پوست نارنجی است.
اکستروژن در منطقه فاز + (زیر نقطه تغییر فاز): فلز یک جریان لایه بندی شده را نشان می دهد و تفاوت در سرعت جریان مرکز سطح می تواند به 20 ٪ -30 ٪ برسد و در نتیجه خم شدن بیش از حد باشد.
در صنعت ، دمای گرمایش معمولاً در وسط منطقه فاز + (به عنوان مثال ، 920-950 درجه برای آلیاژهای TC4) برای تعادل کیفیت سطح و یکنواختی جریان کنترل می شود.
3.
در دمای بالا 980-1030 درجه ،آلیاژهای تیتانیوممستعد واکنش های eutectic با آهن - مبتنی بر مواد قالب- است که باعث ایجاد فازهای نقطه ذوب کم مانند Tife و Tini می شوند و در نتیجه چسبندگی قالب و لایه برداری ایجاد می شود. بدون فرآیند روغن کاری ، زندگی قالب فقط 200-300 قطعه است. پس از استفاده از روان کننده شیشه ای ، می توان آن را به بیش از 1500 قطعه بردارد.
عملکردهای اصلی روان کننده ها عبارتند از:
جداسازی درجه حرارت بالا: برای مسدود کردن تماس مستقیم ، یک فیلم مایع بالاتر از 800 درجه تشکیل دهید.
کاهش اصطکاک و کاهش کشیدن: ضریب اصطکاک را از 0.8 به 0.1-0.2 کاهش دهید.
مهار اکسیداسیون: ضخامت لایه اکسید روی سطح را کنترل کنید تا از نقص ناشی از تعبیه مقیاس اکسید در ماتریس جلوگیری شود.
2 ، بهینه سازی فرآیند و استراتژی کنترل جریان
1. بهینه سازی روشهای اکستروژن و شرایط اصطکاک
اکستروژن معکوس: یکنواختی جریان فلز در مقایسه با اکستروژن رو به جلو 40 ٪ افزایش می یابد و "منطقه مرده" کاهش می یابد زیرا اصطکاک با جهت اکستروژن سازگار است.
اکستروژن سرد: مناسب برای میله های قطر کوچک ، یکنواختی جریان بهتر از اکستروژن داغ است و انحراف استاندارد سرعت جریان 25 ٪ کاهش می یابد.
روغن کاری کامپوزیت: با استفاده از روان کننده مبتنی بر گرافیت + روغن- ، ضریب ناهموار جریان را می توان از 0.35 به 0.18 کاهش داد.
2. کنترل هماهنگ سرعت و دما
افزایش سرعت اکستروژن (مانند 5 mm 1 میلی متر در ثانیه) اختلاف سرعت جریان را 3 بار افزایش می دهد که باید با تنظیم سرعت پویا جبران شود.
دمای گرمایشی سیلندر اکستروژن و قالب (به ترتیب 400-450 درجه و 350-400 درجه) کنترل شد تا اختلاف دما بین چهره انتهایی صورتحساب کمتر از یا مساوی 50 درجه و یکنواختی سرعت جریان 15 ٪ افزایش یابد.
3. طراحی ساختار قالب
زاویه مخروط قالب از 120 درجه به 90 درجه کاهش می یابد که می تواند ضریب ناهموار جریان را 18 ٪ کاهش دهد.
طرح قالب متخلخل نامتقارن "سوراخ مرکزی بزرگ و سوراخ جانبی کوچک" اتخاذ شده است که سرعت جریان محیطی را 12 ٪ افزایش می دهد و باعث می شود تعادل کلی متعادل تر شود.
تغییر شکل کل در 60 ٪ -70 ٪ کنترل می شود تا از رکود یا ترک خوردگی به دلیل عدم کافی جلوگیری شود (<40%) or excessive (>80%).
3 ، مورد معمولی: TC4آلیاژ تیتانیومبهینه سازی فرآیند اکستروژن نوار
یک شرکت با اقدامات جامع زیر ، میزان ترک سطح نوار TC4 را از 28 ٪ به کمتر از 3 ٪ کاهش داد:
سیستم گرمایشی: گرمایش مرحله سه- (600 درجه → 850 درجه → 930 درجه) ، زمان حفظ گرما با توجه به قطر 1.5 دقیقه در میلی متر محاسبه می شود.
طرح روغن کاری: روان کننده شیشه ای 0.2 میلی متر روی سطح بیل پوشش داده می شود و روکش نیترید بور در قالب پاشیده می شود.
سرعت - پیوند دما: سرعت اکستروژن اولیه 1 میلی متر در ثانیه است ، هنگامی که دم خالی وارد منطقه تغییر شکل می شود ، سرعت به 3 میلی متر در ثانیه افزایش می یابد و دمای سیلندر اکستروژن از 400 درجه به 420 درجه افزایش می یابد.
طراحی قالب: زاویه مخروط 100 درجه و مرگ 6 سوراخ نامتقارن ، قطر سوراخ مرکز 15 ٪ بزرگتر از حاشیه است.
کیفیت بهینه شده محصول به طور قابل توجهی بهبود یافته است: صافی از 3 میلی متر در متر به 1 میلی متر در متر افزایش می یابد ، و زبری سطح RA کمتر از یا برابر با 0.8 میکرومتر مطابق با استانداردهای هوافضا.
4 ، جهت توسعه آینده
1. کنترل فرآیند هوشمند
فناوری دوقلوی دیجیتال برای پیش بینی حالت جریان فلزی از طریق شبیه سازی زمان واقعی- معرفی شده و پارامترهای فرآیند را به صورت پویا تنظیم می کند.
2. نوآوری مواد قالب
ما قالب های کامپوزیت شیب را با سطح آلیاژ مبتنی بر کبالت - ایجاد کرده ایم وآلیاژ تیتانیومهسته ، با در نظر گرفتن مقاومت سایش درجه حرارت بالا و سبک وزن ساختاری.
3. سونوگرافی- Extrusion Assisted
پیش بینی می شود استفاده از لرزش فرکانس بالا- برای کاهش استرس جریان ، 20 ٪ -30 ٪ نیروی اکستروژن را کاهش دهد و باعث بهبود بیشتر کیفیت و کارآیی قالب گیری شود.
نوار آلیاژ تیتانیوماکستروژن داغ یک "دما - stress- جریان" Multi - فرآیند اتصال میدان است. با کنترل دقیق دمای انتقال فاز ، بهینه سازی رابط روغن کاری ، نوآوری ساختار قالب و معرفی روشهای کنترل هوشمند ، می تواند به طور موثری مشکلات تنگنا مانند ترک و خم را حل کند ، و توسعه مواد بالای- انتهای تیتانیوم را در جهت بالا -} دقیق ، پایین تر ، پایین- 6 ساخت با ادغام عمیق ژنوم مواد و هوش صنعتی ، فرآیند اکستروژن داغ آلیاژ تیتانیوم به سمت مرحله جدیدی از "سفارشی سازی و نقص صفر حرکت می کند.