I. Titaanisulameid kasutatakse nende kõrge eritugevuse ja korrosioonikindluse tõttu laialdaselt kosmose-, meditsiini- ja muudes valdkondades. Nende kõrge keemiline reaktsioonivõime muudab need aga kalduvaks reageerima hapniku ja lämmastikuga kõrgel temperatuuril{2}}kuumutamisel, moodustades rabeda oksiidikihi, mis vähendab materjali plastilisust ja suurendab töötlemisvõimsust. Titaanisulamist sepistamistoorikute kuumutamise ajal minimaalse oksüdatsiooni saavutamine või selle puudumine on muutunud peamiseks tehniliseks väljakutseks materjalide kasutamise parandamisel ja tootmiskulude vähendamisel. Uurisime süstemaatiliste eksperimentaalsete uuringute abil meetodeid titaanisulami sepistatud pinna oksüdatsiooni kontrollimiseks.
II. Katsematerjalid ja meetodid Peamiseks uurimisobjektiks valiti BT3-1 titaanisulamist ekstrudeeritud toorik, mille käigus võrreldi samaaegselt BT20, OT4-1 sulamist plaatide ja PT7M sulamist torude toimivusmuutusi. Kõik proovid lihviti mehaaniliselt ja kuumutati seejärel elektriahjus temperatuurini 950 kraadi -980 kraadi (lähedane titaanisulamite allotroopse muundumistemperatuurile), kusjuures säilitusaega kontrolliti 1 tunni jooksul. Katsemuutujate hulka kuulusid: eeloksüdatsioonitöötlus, klaasemaili kaitsekate, kuumutuskandja tüüp (tavaline elektriahi / lahtise materjali pseudovedeldav kiht) ja sepistamisjärgne pinnatöötlusmeetod (liivapritsiga töötlemine).
III. Peamised tehnoloogiad pinna oksüdatsiooni kontrollimiseks
1. Eel-oksüdatsioonitöötlusprotsess:
Katsed näitavad, et töötlemata toorikute pinnal on kala-katlakivi oksiidikiht, samas kui eeloksüdeeritud toorikute pinna siledus on oluliselt paranenud. Oksüdatsioonieelne töötlemine, moodustades tooriku pinnale ühtlase ja tiheda oksiidkile, pärsib tõhusalt sügavat oksüdatsiooni järgneval kuumutamisel. Lisaks väheneb klaasemailkatte nakkumine eel-oksüdeeritud tooriku pinnale, mis muudab hilisema eemaldamise enam kui 30% lihtsamaks ja parandab oluliselt tootmise efektiivsust.
2. Klaasemaili kaitsekatte tehnoloogia:
Eeloksüdatsioonitöötlusele{0}}klaasemailkatte kandmine võib kuumutamise ajal oksüdatsioonikiirust veelgi vähendada. See kate vähendab kontakti tooriku ja oksüdeerivate gaaside vahel füüsilise isoleerimise kaudu. Eksperimentaalsed andmed näitavad, et kattekaitse võib vähendada oksiidikihi paksust tooriku pinnal 50–70%. Eelkõige võib katte ja eeloksüdatsioonikihi sünergistlik efekt parandada tooriku pinna plastilisust, suurendades sepistatud proovide pikenemist 15–20%.
3. Küttekeskkonna optimeerimise tehnoloogia:
(1) Tavalise elektriahju kütte juhtimine: tavalises elektriahjus kuumutamisel kontrollitakse temperatuuri rangelt üle allotroopse muundumistemperatuuri ja säilivusaeg on 1 tund või võrdne sellega, et vältida gaasi ilmset imendumist pinnale. Moodustunud oksiidikihti saab tõhusalt eemaldada liivapritsiga ja materjali kadu kontrollitakse 5% piires. (2) Lahtise materjali pseudo{6}}vedelduskihi kuumutustehnoloogia: see tehnoloogia soojendab toorikut, mattes selle pseudo-vedeldavasse kihti, mis koosneb granuleeritud keskkonnast (nt alumiiniumoksiidi pulber), ja kasutab soojusvahetuse parandamiseks intensiivset suhtelist liikumist kandjaosakeste vahel. Katsed näitavad, et selle soojusülekande efektiivsus on 1,5 suurusjärku kõrgem kui sundkonvektsioonahjul, lähenedes sulasoola ahju tasemele. Selle tehnoloogia abil on võimalik saavutada tooriku kiire ja ühtlane kuumutamine, lühendades kuumutamisaega 40% kuni 60% ja samal ajal oluliselt vähendades oksüdatsiooni tendentsi läbi keskkonna isolatsiooniefekti, vähendades pinna oksiidikihi paksust rohkem kui 80%.
Kasutusjuhtum: kasutasime titaan-nioobiumisulamist turbiiniketastel Y₂O3 dispersioonitugevdajat + termilist difusioonikatet, mis suurendas roometugevust 650 kraadi juures 35% ja vähendas roomemiskiirust 1 × 10⁻⁸/s.
IV. Pinnatöötlusprotsessi optimeerimine:
Liivapritsiga töötlemine pärast stantsimist on sepistamise jõudluse parandamise võtmesamm. Tavaline liivaprits võib eemaldada pinna oksiidikihi ja gaasi -absorbeeriva kihi, vähendades pinna kareduse Ra väärtust alla 3,2 μm, parandades samal ajal plastilisust pinna tugevdamise kaudu. Klaasemailkattega toorikute puhul tuleb hoida liivapritsi survet vahemikus 0,3–0,5 MPa, et vältida alusmaterjali liigset kahjustamist.
V. Järeldused:
1. Eel-oksüdatsioonitöötluse ja klaasemailiga katmise sünergiline rakendamine võib luua kahekihilise kaitsesüsteemi "aktiivne oksüdatsioonikontroll + passiivne isolatsioonikaitse", mis parandab märkimisväärselt titaanisulamist sepiste pinnakvaliteeti.
2. Lahtise materjali pseudo-vedelduskihi kuumutustehnoloogia saavutab kaks eesmärki – tõhus kuumenemine ja oksüdatsioonikontroll, optimeerides soojusülekande mehhanismi, muutes selle eriti sobivaks keerukate -kujuliste sepiste masstootmiseks.
3. Protsessi parameetrite (temperatuur, aeg, liivapritsi rõhk jne) täpne juhtimine on ülioluline titaanisulamist sepiste igakülgse jõudluse tagamiseks; standarditud protsessi spetsifikatsioonid tuleb kehtestada vastavalt konkreetsetele sulamiklassidele.
Titaanisulamist sepistatud pindade oksüdatsiooni juhtimine on sisuliselt kõikehõlmav süsteemitehniline projekt, mis hõlmab protsessi, keskkonda ja järeltöötlust.
Baoji kohalike tööstuste toel on vaakumsepistamine + inertgaasikaitse + peitsimine ja passiveerimine muutunud peamiseks lahenduseks, samal ajal kui kõrgtemperatuuriline katmine{2}} ja digitaalne juhtimine viivad selle oksüdatsioonivaba eesmärgi poole.
Kõrgekvaliteediliste-valdkondade (nt lennundus- ja tuumaenergia) puhul on vaakumsepistamine + PVD-katmine parim viis "teenuse-null oksüdatsioonini jõudmiseks".
