I. Legure titana naširoko se koriste u zrakoplovstvu, medicini i drugim područjima zbog svoje visoke specifične čvrstoće i otpornosti na koroziju. Međutim, njihova visoka kemijska reaktivnost čini ih sklonima reagiranju s kisikom i dušikom tijekom visoko-temperaturnog zagrijavanja kako bi se stvorio krti oksidni sloj, što dovodi do smanjene plastičnosti materijala i povećanog dopuštenja strojne obrade. Postizanje minimalne oksidacije ili nikakve oksidacije tijekom procesa zagrijavanja gredica od titanijske legure za kovanje postalo je ključni tehnički izazov za poboljšanje iskorištenja materijala i smanjenje troškova proizvodnje. Sustavnim eksperimentalnim istraživanjem istražili smo metode kontrole površinske oksidacije otkivaka od legure titana.
II. Eksperimentalni materijali i metode Ekstrudirane gredice od legure titana BT3-1 odabrane su kao glavni predmet istraživanja, uz istodobne usporedbe promjena performansi ploča od legure BT20, OT4-1 i cijevi od legure PT7M. Svi uzorci su mehanički polirani i zatim zagrijani u električnoj peći na 950 stupnjeva -980 stupnjeva (blizu temperature alotropske transformacije titanovih legura), s kontroliranim vremenom držanja unutar 1 sata. Eksperimentalne varijable uključivale su: pretoksidacijsku obradu, zaštitni premaz staklene emajla, vrstu medija za grijanje (obična električna peć/sloj pseudo-ukapljivanja rastresitog materijala) i metodu površinske obrade nakon kovanja (pjeskarenje).
III. Ključne tehnologije za kontrolu površinske oksidacije
1. Pre-proces obrade oksidacijom:
Eksperimenti pokazuju da površina neobrađenih trupaca pokazuje oksidni sloj rib-krljušti, dok je glatkoća površine prethodno-oksidiranih trupaca značajno poboljšana. Pre-tretman oksidacijom, stvaranjem ravnomjernog i gustog oksidnog filma na površini trupca, učinkovito inhibira duboku oksidaciju tijekom naknadnog zagrijavanja. Nadalje, smanjeno je prianjanje staklene emajlirane prevlake na prethodno-oksidiranu površinu trupca, čineći naknadno uklanjanje više od 30% lakšim i značajno poboljšavajući učinkovitost proizvodnje.
2. Tehnologija zaštitnog premaza staklene emajla:
Nanošenje staklenog emajl premaza na pret{0}}oksidacijski tretman može dodatno smanjiti brzinu oksidacije tijekom zagrijavanja. Ovaj premaz smanjuje kontakt između trupca i oksidirajućih plinova putem fizičke izolacije. Eksperimentalni podaci pokazuju da zaštita prevlake može smanjiti debljinu oksidnog sloja na površini gredice za 50%-70%. Značajno je da sinergistički učinak prevlake i pred-oksidacijskog sloja može poboljšati površinsku plastičnost gredice, povećavajući istezanje kovanih uzoraka za 15%–20%.
3. Tehnologija optimizacije medija za grijanje:
(1) Kontrola grijanja u običnoj električnoj peći: Prilikom zagrijavanja u konvencionalnoj električnoj peći, temperatura se strogo kontrolira iznad temperature alotropske transformacije, a vrijeme zadržavanja je manje ili jednako 1 sat kako bi se izbjegla očigledna apsorpcija plina na površini. Nastali oksidni sloj može se učinkovito ukloniti pjeskarenjem, a stopa gubitka materijala kontrolirana je unutar 5%. (2) Tehnologija zagrijavanja sloja pseudo-ukapljivanja rastresitog materijala: Ova tehnologija zagrijava trupac ukopavajući ga u sloj pseudo-ukapljivanja koji se sastoji od zrnatog medija (kao što je prah aluminijevog oksida) i koristi intenzivno relativno gibanje između čestica medija za poboljšanje izmjene topline. Eksperimenti pokazuju da je njegova učinkovitost prijenosa topline 1,5 redova veličine veća od učinkovitosti peći s prisilnom konvekcijom, približavajući se razini peći s rastaljenom soli. Ova tehnologija može postići brzo i ravnomjerno zagrijavanje gredice, skraćujući vrijeme zagrijavanja za 40% do 60%, a istovremeno značajno smanjujući tendenciju oksidacije kroz izolacijski učinak medija, smanjujući debljinu površinskog oksidnog sloja za više od 80%.
Slučaj primjene: Koristili smo disperzijsko ojačanje Y₂O₃ + toplinski difuzijski premaz na diskovima turbine od legure titan-niobija, što je povećalo čvrstoću puzanja na 650 stupnjeva za 35% i smanjilo brzinu puzanja na 1×10⁻⁸/s.
IV. Optimizacija procesa površinske obrade:
Pjeskarenje nakon kovanja ključni je korak u poboljšanju performansi otkivaka. Konvencionalnim pjeskarenjem može se ukloniti površinski oksidni sloj i sloj koji-upija plin, smanjujući vrijednost Ra hrapavosti površine na ispod 3,2 μm, dok se istovremeno poboljšava plastičnost kroz ojačavanje površine. Za presvlake s premazom od staklenog emajla, tlak pjeskarenja mora se kontrolirati u rasponu od 0,3–0,5 MPa kako bi se izbjeglo prekomjerno oštećenje osnovnog materijala.
V. Zaključci:
1. Sinergistička primjena pred-obrade oksidacijom i prevlake od staklenog emajla može konstruirati dvo-slojni sustav zaštite "aktivna kontrola oksidacije + pasivna izolacijska zaštita", značajno poboljšavajući kvalitetu površine otkivaka od legure titana.
2. Tehnologija zagrijavanja sloja pseudo-ukapljivanja rastresitog materijala postiže dvostruke ciljeve učinkovitog zagrijavanja i kontrole oksidacije optimiziranjem mehanizma prijenosa topline, što je čini posebno prikladnom za masovnu proizvodnju otkivaka složenog{2}}oblika.
3. Precizna kontrola parametara procesa (temperatura, vrijeme, tlak pjeskarenja, itd.) ključna je za osiguravanje sveobuhvatne izvedbe otkivaka od legure titana; standardizirane specifikacije procesa potrebno je uspostaviti prema određenim stupnjevima legura.
Kontroliranje površinske oksidacije otkovaka od legure titana u biti je sveobuhvatan projekt inženjeringa sustava koji integrira "proces, okoliš i naknadnu-obradu."
Uz podršku lokalnih industrija u Baojiju, vakuumsko kovanje + zaštita od inertnog plina + dekapiranje i pasiviranje postalo je glavno rješenje, dok ga visoko-temperaturno prevlačenje i digitalna kontrola vode prema cilju "nulte oksidacije".
Za vrhunska-polja kao što su zrakoplovna i nuklearna energija, vakuumsko kovanje + PVD premaz krajnji je put za postizanje "uslužne-nulte oksidacije."
