И. Теоријске основе и технолошке карактеристике прераде пластике титанијумске легуре
1. Заједнички принципи прераде метала и пластике Суштина пластичне обраде легуре титанијума је да се искористи капацитет пластичне деформације чврстих метала да би се променила њихова микроструктура спољном силом, чиме се на крају добијају титанијумски материјали са жељеним обликом и својствима. Овај процес прати класичну теорију обраде металне пластике, укључујући:
• Однос напрезања{0}}деформација: напон течења легура титанијума показује не-линеарну везу са температуром деформације и брзином деформације;
• Механизам рекристализације: Динамичка рекристализација је кључна за пречишћавање зрна и побољшање пластичности;
• Трење и подмазивање: Коефицијент трења током ваљања директно утиче на квалитет облика лима. Технички консензус: Обрада легуре титанијума захтева равнотежу између температуре, количине деформације и контроле оксидације како би се избегло стварање крупних зрна и површинских дефеката.
2. Јединствени изазови легура титанијума У поређењу са традиционалним металима као што су челик, бакар и алуминијум, тешкоћа обраде легура титанијума лежи у:
• Висока отпорност на деформацију: Граница течења чистог титанијума је три пута већа од алуминијума, а брзина очвршћавања легура титанијума (као што је ГР5) је до два пута већа од челика;
• Уски прозор за пластичност: Чисти титанијум има лошу пластичност на собној температури и захтева топло ваљање на 200-450 степени или топло ваљање на изнад 800 степени да би се постигла добра формабилност;
• Осетљив на оксидацију при високим{0}}температурама: Титанијум оксидира брзо изнад 600 степени, формирајући тврди и крхки оксидни слој (ТиО₂), што отежава накнадну обраду;
• Снажна склоност апсорпцији гасова: Лако апсорбује интерстицијске елементе као што су водоник и кисеоник током загревања или кисељења, што доводи до „кртости водоником“ или „кртости кисеоником“. Студија случаја: У производњи ваздухопловног лима, грешка у контроли температуре грејања довела је до прекомерне дебљине слоја оксида, што је на крају довело до распада целе серије лима, што је резултирало губицима од неколико милиона јуана.
ИИ. Ток основног процеса за производњу плоча, трака и фолија од легуре титанијума
1. Припрема и предтретман плоча
• Избор сировине: инготи титанијума високе-чистоће припремљени коришћењем ВАР (вакуумско рафинисање арсена) или ЕБ (Рафинација електронским снопом) процеса, са садржајем нечистоћа мањим или једнаким 0,1%;
• Површинска обрада: Уклањање површинских дефеката (као што су пукотине и инклузије) са ингота пескарењем или окретањем како би се спречило ширење пукотина током обраде;
• Контрола димензија: Пројектовање дебљине плоче према спецификацијама готовог производа; Дебљина топло{0}}ваљане плоче је обично 150-300 мм. Стандардни захтеви: Храпавост површине плоче Ра Мања или једнака 3,2 μм да би се обезбедила стабилност при котрљању.
2. Контрола процеса грејања
• Грејање на топло ваљање:
• Метод сегментираног грејања: Прво, загрејте на 600 степени брзином мањом или једнаком 50 степени/х, држите 2 сата, а затим брзо загрејте на 950-1050 степени (+ фазни регион);
• Заштита атмосфере: Увести гас аргон или користити вакумско грејање у пећи за електрично грејање како би се смањила стопа оксидације;
• Уједначеност температуре: Праћење у реалном времену помоћу инфрацрвеног термометра, одступање температуре мање од или једнако ±10 степени.
• Грејање топлим ваљањем: Контролисано на 650-750 степени, дебљина оксидног слоја мања или једнака 2 μм, може се директно уклонити кисељењем. Кључни параметри: Одступање температуре грејања мора се контролисати унутар ±10 степени да би се избегло локално прегревање које би довело до грубости зрна.
3. Дизајн процеса ваљања
(1) Процес топлог ваљања
• Почетна температура ваљања: 980-1020 степени, завршна температура ваљања већа или једнака 850 степени;
• Смањење по пролазу: смањење првог пролаза Мање или једнако 15%, наредни пролази се постепено повећавају на 30%-40%;
• Контрола зрна: завршна деформација пролаза је завршена у фазном региону (мање или једнако 882 степена), рафинирањем зрна до АСТМ 8-10 степена;
• Контрола облика: хидраулички систем ваљака за савијање се користи за контролу заосталог напрезања мањег или једнаког 50МПа.
(2) Процес топлог ваљања
• Температурни опсег: 600-700 степени, користећи карактеристике динамичке рекристализације титанијума за побољшање пластичности;
• Контрола оксидног слоја: после-дебљина слоја оксида након ваљања мања или једнака 2 μм, који се може директно уклонити кисељењем;
• Планирање пролаза: смањење једног пролаза мање од или једнако 8%, укупна деформација мања или једнака 30%, избегавање пуцања ивица. Предности: топло ваљање може изоставити процес средњег жарења, скраћујући производни циклус за више од 20%.
(3) Процес хладног ваљања
• Дизајн са више-пролаза: танке плоче од 0,3-1,8 мм треба да буду хладно ваљане у 5-8 пролаза, са количином деформације која се контролише на 10%-15% по пролазу;
• Средње жарење: Вакуумско жарење (650 степени/2х) се изводи када кумулативна количина деформације достигне 30% да би се елиминисало радно очвршћавање;
• Квалитет површине: Технологија подмазивања премаза у ролнама је усвојена да би се смањиле оштећења на огреботинама. Обрада високолегираних материјала: За легуре типа + као што је Ти-6Ал-4В, количина деформације по пролазу треба да се смањи на 5%-8% да би се спречило пуцање ивица.
4. Завршни и пост{1}}третман
• Процес кисељења:
• Метода у два-степена: Прво, оксидни слој се уклања мешавином 10%ХФ + 30%ХНО₃ киселине, а затим се пасивира са 5% лимунске киселине;
• Еколошки прихватљива алтернатива: Развијте процес кисељења-без флуора да бисте смањили количину флуороводоничне киселине која се користи за више од 80%.
• Процес равнања: Преостало напрезање се елиминише коришћењем машине за равнање са десет-ваља, чиме се постиже равност мања или једнака 1 мм/м;
• Површинска инспекција: Поткожни дефекти се откривају помоћу детектора грешака са вртложним струјама како би се осигурало одсуство пукотина, инклузија и других дефеката.
ИИИ. Правци оптимизације процеса и трендови у индустрији
1. Технологија обликовања скоро{1}}мрежа-: развој прецизне технологије ваљања да би се смањила обрада са традиционалних 3 мм на 0,5 мм;
2. Интелигентна контрола: Увођење дигиталне двоструке технологије за праћење силе котрљања, температурног поља и других параметара у реалном времену, омогућавајући прилагодљиво прилагођавање процеса;
3. Зелена производња: Промовисање процеса кисељења без флуора- ради смањења ризика од загађења животне средине;
4. Обрада композита: Истраживање ласерске-технологије формирања композита за пробијање преко граница формирања легура титанијума на собној температури;
5. Суперпластично обликовање: Постизање суперпластичности титанијумских легура на 850-950 степени кроз контролу микроструктуре за интегрисано обликовање сложених структурних делова.