I. Titaanisulamist plasti töötlemise teoreetilised alused ja tehnoloogilised omadused
1. Metallplasti töötlemise ühised põhimõtted Titaanisulamist plasti töötlemise põhiolemus seisneb tahkete metallide plastilise deformatsioonivõime ärakasutamises, et välisjõu mõjul muuta nende mikrostruktuuri, saades lõpuks soovitud kuju ja omadustega titaanmaterjalid. See protsess järgib metallist plasti töötlemise klassikalist teooriat, sealhulgas:
• Pinge{0}}deformatsioonisuhe: titaanisulamite voolupingel on mittelineaarne seos deformatsioonitemperatuuri ja deformatsioonikiirusega;
• Ümberkristalliseerimismehhanism: dünaamiline ümberkristallimine on terade rafineerimise ja plastilisuse parandamise võtmeks;
• Hõõrdumine ja määrimine: valtsimisel tekkiv hõõrdetegur mõjutab otseselt lehe kuju kvaliteeti. Tehniline konsensus: titaanisulami töötlemine nõuab tasakaalu temperatuuri, deformatsiooni suuruse ja oksüdatsioonikontrolli vahel, et vältida jämedate terade teket ja pinnadefekte.
2. Titaanisulamite ainulaadsed väljakutsed Võrreldes traditsiooniliste metallidega, nagu teras, vask ja alumiinium, seisneb titaanisulamite töötlemise raskus järgmistes:
• Kõrge deformatsioonikindlus: puhta titaani voolavuspiir on kolm korda suurem kui alumiiniumil ja titaanisulamite (nt GR5) töökõvenemismäär on kuni kaks korda suurem terasest;
• Kitsas plastilisusega aken: puhtal titaanil on toatemperatuuril halb plastilisus ja hea vormitavuse saavutamiseks on vaja soojavaltsimist 200–450 kraadi juures või kuumvaltsimist temperatuuril üle 800 kraadi;
• Tundlik kõrgel-temperatuuril oksüdeerumisele: titaan oksüdeerub kiiresti üle 600 kraadi, moodustades kõva ja rabeda oksiidikihi (TiO₂), mis raskendab edasist töötlemist;
• Tugev kalduvus neelata gaase: see neelab kuumutamise või peitsimise ajal kergesti interstitsiaalseid elemente, nagu vesinik ja hapnik, mis põhjustab "vesinikhaprust" või "hapnikuhaprust". Juhtumiuuring: Lennunduses kasutatavate lehtmetallide tootmisel põhjustas viga küttetemperatuuri reguleerimisel liigse oksiidikihi paksuse, põhjustades lõpuks kogu lehtmetallipartii vanarauamise, mille tulemuseks oli mitme miljoni jüaani suurune kahju.
II. Põhiprotsessi voog titaanisulamist plaatide, ribade ja fooliumide tootmiseks
1. Plaatide ettevalmistamine ja eeltöötlus
• Tooraine valik: kõrge puhtusastmega titaani valuplokid, mis on valmistatud VAR- (vaakum-arseeni kaarrafineerimine) või EB (elektronkiirrafineerimine) protsesside abil, lisandite sisaldusega 0,1% või alla selle;
• Pinnatöötlus: pinnadefektide (nagu praod ja lisandid) eemaldamine valuplokist liivapritsi või keeramisega, et vältida pragude levimist töötlemise ajal;
• Mõõtmete kontroll: plaadi paksuse projekteerimine vastavalt valmistoote spetsifikatsioonidele; kuumvaltsitud plaadi paksus on tavaliselt 150–300 mm. Standardnõuded: plaadi pinna karedus Ra Vähem kui 3,2 μm või sellega võrdne, et tagada järgnev valtsimise stabiilsus.
2. Kütteprotsessi juhtimine
• Kuumvaltsimisküte:
• Segmenteeritud kuumutamismeetod: kõigepealt soojendage temperatuurini 600 kraadi kiirusega vähem kui 50 kraadi tunnis, hoidke 2 tundi, seejärel soojendage kiiresti temperatuurini 950-1050 kraadi (+ faasipiirkond);
• Atmosfääri kaitse: oksüdatsioonikiiruse vähendamiseks kasutage elektrikütteahjus argoongaasi või vaakumkuumutamist;
• Temperatuuri ühtsus: jälgige reaalajas infrapuna termomeetriga, temperatuuri hälve on väiksem kui ±10 kraadi või sellega võrdne.
• Soe valtsimiskuumutamine: reguleeritakse 650–750 kraadi juures, oksiidikihi paksus on 2 μm või väiksem, saab otse marineerimisega eemaldada. Peamised parameetrid: Küttetemperatuuri hälvet tuleb reguleerida ±10 kraadi piires, et vältida lokaalset ülekuumenemist, mis põhjustab terade jämedust.
3. Rullimisprotsessi projekteerimine
(1) Kuumvaltsimisprotsess
• Valtsimise algtemperatuur: 980-1020 kraadi, valtsimise lõpptemperatuur 850 kraadi või suurem;
• Vähendamine läbimise kohta: esimese läbimise vähendamine Vähem kui 15% või sellega võrdne, järgnevad läbimised suurenevad järk-järgult 30%-40%ni;
• Teravilja reguleerimine: lõplik läbipääsudeformatsioon viiakse lõpule faasipiirkonnas (vähem kui 882 kraadi või sellega võrdne), rafineerides tera ASTM 8-10 klassini;
• Kuju reguleerimine: hüdraulilist painutusrullisüsteemi kasutatakse jääkpinge kontrollimiseks 50 MPa või sellega võrdne.
(2) Soe valtsimisprotsess
• Temperatuurivahemik: 600-700 kraadi, kasutades plastilisuse parandamiseks titaani dünaamilisi ümberkristallimise omadusi;
• Oksiidkihi juhtimine: valtsimisjärgse-oksiidikihi paksus 2 μm või sellega võrdne, mida saab peitsimisega otse eemaldada;
• Läbipääsu planeerimine: ühekordse läbimise vähendamine Vähem kui 8%, kogudeformatsioon Vähem või võrdne 30%, vältides servade pragunemist. Eelised: soe valtsimine võib vahepealse lõõmutamise protsessi ära jätta, lühendades tootmistsüklit rohkem kui 20%.
(3) Külmvaltsimine
• Mitmekäiguline disain: 0,3–1,8 mm õhukesed plaadid tuleb külmvaltsida 5–8 käiguga, kusjuures deformatsiooni suurust kontrollitakse 10–15% ulatuses;
• Vahelõõmutamine: vaakumlõõmutamine (650 kraadi /2h) teostatakse, kui kumulatiivne deformatsiooni hulk jõuab 30%ni, et välistada töökõvenemine;
• Pinnakvaliteet: kriimustuste vähendamiseks kasutatakse rullkatte määrimistehnoloogiat. Kõrge legeeritud materjali töötlemine: + tüüpi sulamite (nt Ti-6Al-4V) puhul tuleb servade pragunemise vältimiseks vähendada deformatsiooni suurust läbimise kohta 5–8%.
4. Viimistlemine ja järel{1}}töötlus
• Marineerimisprotsess:
• Kahe{0}}etapiline meetod: esmalt eemaldatakse oksiidikiht 10% HF + 30%HNO₃ happe seguga ja seejärel passiveeritakse 5% sidrunhappega;
• Keskkonnasõbralik alternatiiv: töötage välja fluori{0}}vaba peitsimise protsess, et vähendada kasutatava vesinikfluoriidhappe kogust rohkem kui 80%.
• Sirgestusprotsess: jääkpinge kõrvaldatakse kümne{0}}rulli sirgendaja abil, saavutades sirguse, mis on väiksem või võrdne 1 mm/m;
• Pinnakontroll: nahaalused defektid tuvastatakse pöörisvoolu veadetektori abil, et tagada pragude, lisandite ja muude defektide puudumine.
III. Protsessi optimeerimise juhised ja tööstuse suundumused
1. Near-Net-Shape Forming Technology: täppisvaltsimise tehnoloogia arendamine, et vähendada töötlemisvarusid tavapäraselt 3 mm-lt 0,5 mm-ni;
2. Intelligentne juhtimine: digitaalse kaksiktehnoloogia juurutamine, et jälgida veerejõudu, temperatuurivälja ja muid parameetreid reaalajas, võimaldades protsessi adaptiivset reguleerimist;
3. Roheline tootmine: fluorivabade marineerimisprotsesside edendamine{1}}, et vähendada keskkonnasaaste ohtu;
4. Komposiitide töötlemine: laser-valtsimiskomposiitide vormimise tehnoloogia uurimine, et ületada titaanisulamite toatemperatuuri vormimispiirangud;
5. Superplastiline vormimine: titaanisulamite üliplastilisuse saavutamine 850–950 kraadi juures mikrostruktuuri juhtimise abil keerukate konstruktsiooniosade integreeritud vormimiseks.