I. Titano lydinio plastiko apdirbimo teoriniai pagrindai ir technologinės charakteristikos
1. Bendrieji metalo plastiko apdirbimo principai Titano lydinio plastiko apdirbimo esmė yra panaudoti kietų metalų plastinės deformacijos gebėjimus, siekiant pakeisti jų mikrostruktūrą veikiant išorinei jėgai ir galiausiai gauti norimos formos ir savybių titano medžiagas. Šis procesas vyksta pagal klasikinę metalo plastiko apdirbimo teoriją, įskaitant:
• Įtempių{0}}įtempimo ryšys: titano lydinių srauto įtempis yra netiesinis ryšys su deformacijos temperatūra ir deformacijos greičiu;
• Rekristalizavimo mechanizmas: dinaminė perkristalizacija yra esminis dalykas norint rafinuoti grūdus ir pagerinti plastiškumą;
• Trintis ir tepimas: trinties koeficientas valcavimo metu tiesiogiai veikia lakšto formos kokybę. Techninis sutarimas: apdorojant titano lydinį, reikalinga pusiausvyra tarp temperatūros, deformacijos kiekio ir oksidacijos kontrolės, kad būtų išvengta stambių grūdelių susidarymo ir paviršiaus defektų.
2. Unikalūs titano lydinių iššūkiai Palyginti su tradiciniais metalais, tokiais kaip plienas, varis ir aliuminis, titano lydinių apdorojimo sunkumai yra šie:
• Didelis atsparumas deformacijoms: gryno titano takumo riba yra tris kartus didesnė nei aliuminio, o titano lydinių (pvz., GR5) kietėjimo greitis yra du kartus didesnis nei plieno;
• Siauras plastiškumas: gryno titano plastiškumas kambario temperatūroje yra prastas, todėl norint gauti gerą formuojamumą, reikia šiltai valcuoti 200–450 laipsnių arba karšto valcavimo aukštesnėje nei 800 laipsnių temperatūroje;
• Jautrus oksidacijai aukštoje{0}}temperatūroje: titanas greitai oksiduojasi aukštesnėje nei 600 laipsnių temperatūroje, sudarydamas kietą ir trapų oksido sluoksnį (TiO₂), todėl apsunkinamas tolesnis apdorojimas;
• Stiprus polinkis sugerti dujas: kaitinant arba marinuojant jis lengvai sugeria intersticinius elementus, tokius kaip vandenilis ir deguonis, o tai sukelia „vandenilio trapumą“ arba „deguonies trapumą“. Atvejo tyrimas: Gaminant aviacijos ir kosmoso lakštinį metalą, dėl šildymo temperatūros reguliavimo klaidos buvo per didelis oksido sluoksnio storis, dėl ko visa lakštinio metalo partija buvo išmesta į metalo laužą, todėl buvo patirta kelių milijonų juanių nuostolių.
II. Pagrindinis proceso srautas, skirtas titano lydinio plokščių, juostelių ir folijos gamybai
1. Plokščių paruošimas ir išankstinis apdorojimas
• Žaliavos pasirinkimas: didelio{0}}grynumo titano luitai, paruošti naudojant VAR (vakuuminio arseno lankinio rafinavimo) arba EB (elektroninio pluošto rafinavimo) procesus, kurių priemaišų kiekis yra mažesnis arba lygus 0,1 %;
• Paviršiaus apdorojimas: paviršiaus defektų (pvz., įtrūkimų ir intarpų) pašalinimas iš luito smėliasrove arba sukant, kad būtų išvengta įtrūkimų plitimo apdorojimo metu;
• Matmenų kontrolė: plokštės storio projektavimas pagal gatavo produkto specifikacijas; karštai valcuotų plokščių storis paprastai yra 150–300 mm. Standartiniai reikalavimai: plokštės paviršiaus šiurkštumas Ra Mažesnis arba lygus 3,2 μm, kad būtų užtikrintas tolesnis valcavimo stabilumas.
2. Šildymo proceso valdymas
• Karšto valcavimo šildymas:
• Segmentinis kaitinimo būdas: Pirmiausia kaitinkite iki 600 laipsnių greičiu, mažesniu arba lygiu 50 laipsnių per valandą, palaikykite 2 valandas, tada greitai pašildykite iki 950–1050 laipsnių (+ fazės sritis);
• Atmosferos apsauga: įveskite argono dujas arba naudokite vakuuminį kaitinimą elektrinėje šildymo krosnyje, kad sumažintumėte oksidacijos greitį;
• Temperatūros vienodumas: stebėti realiu laiku infraraudonųjų spindulių termometru, temperatūros nuokrypis Mažesnis arba lygus ±10 laipsnių.
• Šiltas valcavimo kaitinimas: kontroliuojamas 650–750 laipsnių kampu, oksido sluoksnio storis mažesnis arba lygus 2 μm, gali būti tiesiogiai pašalintas marinuojant. Pagrindiniai parametrai: Šildymo temperatūros nuokrypis turi būti kontroliuojamas ±10 laipsnių ribose, kad būtų išvengta vietinio perkaitimo, dėl kurio grūdai sutirštės.
3. Valcavimo proceso projektavimas
(1) Karšto valcavimo procesas
• Pradinė valcavimo temperatūra: 980-1020 laipsnių, galutinė valcavimo temperatūra Didesnė arba lygi 850 laipsnių;
• Sumažėjimas per praėjimą: pirmojo važiavimo sumažinimas Mažiau arba lygus 15%, vėlesni važiavimai palaipsniui didėja iki 30%-40%;
• Grūdų kontrolė: galutinė praėjimo deformacija baigiama fazės srityje (Mažiau arba lygi 882 laipsniai), grūdus rafinuojant iki ASTM 8-10 klasės;
• Formos valdymas: hidraulinė lenkimo ritinėlių sistema naudojama liekamajam įtempiui, mažesniam arba lygiam 50 MPa, valdyti.
(2) Šilto valcavimo procesas
• Temperatūros diapazonas: 600-700 laipsnių, panaudojant dinamines titano perkristalizavimo charakteristikas, siekiant pagerinti plastiškumą;
• Oksido sluoksnio valdymas: po{0}}valcavimo oksido sluoksnio storis Mažesnis arba lygus 2 μm, kurį galima tiesiogiai pašalinti ėsdinant;
• Pravažiavimo planavimas: vieno praėjimo sumažinimas Mažiau arba lygus 8%, bendra deformacija Mažesnė arba lygi 30%, išvengiant briaunų įtrūkimų. Privalumai: šiltas valcavimas gali praleisti tarpinį atkaitinimo procesą, todėl gamybos ciklas sutrumpėja daugiau nei 20%.
(3) Šaltojo valcavimo procesas
• Kelių-praėjimų konstrukcija: 0,3–1,8 mm plonas plokštes reikia šaltai valcuoti per 5–8 praėjimus, o deformacijos dydis kontroliuojamas 10–15 % vienam praėjimui;
• Tarpinis atkaitinimas: Vakuuminis atkaitinimas (650 laipsnių /2h) atliekamas, kai kumuliacinės deformacijos dydis pasiekia 30%, siekiant pašalinti darbinį grūdinimą;
• Paviršiaus kokybė: naudojama ritininės dangos tepimo technologija, siekiant sumažinti įbrėžimų defektus. Didelio lydinio medžiagų apdorojimas: + tipo lydiniams, tokiems kaip Ti-6Al-4V, deformacijos dydis per praėjimą turi būti sumažintas iki 5–8%, kad būtų išvengta briaunų įtrūkimų.
4. Apdaila ir tolesnis-apdorojimas
• Marinavimo procesas:
• Dviejų{0}}pakopų metodas: pirmiausia oksido sluoksnis pašalinamas 10 % HF + 30 %HNO₃ rūgšties mišiniu, o po to pasyvuojamas 5 % citrinos rūgštimi;
• Aplinkai nekenksminga alternatyva: sukurkite marinavimo be fluoro{0}} procesą, kad sunaudotos vandenilio fluorido rūgšties kiekis būtų sumažintas daugiau nei 80 %.
• Tiesinimo procesas: liekamasis įtempis pašalinamas naudojant dešimties -ritininį tiesintuvą, kad tiesumas būtų mažesnis arba lygus 1 mm/m;
• Paviršiaus apžiūra: poodiniai defektai aptinkami naudojant sūkurinės srovės defektų detektorių, siekiant užtikrinti, kad nėra įtrūkimų, intarpų ir kitų defektų.
III. Procesų optimizavimo kryptys ir pramonės tendencijos
1. Netoli-neto{2}}formos formavimo technologija: tikslios valcavimo technologijos tobulinimas, siekiant sumažinti apdirbimo nuolaidas nuo tradicinių 3 mm iki 0,5 mm;
2. Pažangus valdymas: įdiegta skaitmeninė dvynių technologija, skirta stebėti riedėjimo jėgą, temperatūros lauką ir kitus parametrus realiuoju laiku, leidžianti adaptyviai reguliuoti procesą;
3. Žalioji gamyba: be fluoro sūdymo procesų skatinimas, siekiant sumažinti aplinkos taršos riziką;
4. Kompozitų apdorojimas: lazerinio{1}}valcavimo kompozitų formavimo technologijos tyrimas, siekiant įveikti titano lydinių formavimo kambario temperatūroje ribas;
5. Superplastinis formavimas: titano lydinių superplastiškumas 850–950 laipsnių kampu pasiekiamas naudojant mikrostruktūros valdymą, siekiant integruoti sudėtingų konstrukcinių dalių formavimą.