I. Teorijske osnove i tehnološke značajke plastične obrade legura titana
1. Uobičajena načela metaloplastične obrade Bit plastične obrade legure titana je korištenje kapaciteta plastične deformacije čvrstih metala za promjenu njihove mikrostrukture pomoću vanjske sile, čime se u konačnici dobivaju titanijski materijali željenog oblika i svojstava. Ovaj proces slijedi klasičnu teoriju metaloplastične obrade, uključujući:
• Odnos naprezanja-deformacije: naprezanje tečenja titanovih legura pokazuje ne-linearni odnos s temperaturom deformacije i brzinom deformacije;
• Mehanizam rekristalizacije: dinamička rekristalizacija ključna je za pročišćavanje zrna i poboljšanje plastičnosti;
• Trenje i podmazivanje: Koeficijent trenja tijekom kotrljanja izravno utječe na kvalitetu oblika lima. Tehnički konsenzus: Obrada legure titana zahtijeva ravnotežu između temperature, količine deformacije i kontrole oksidacije kako bi se izbjeglo stvaranje grubih zrna i površinskih defekata.
2. Jedinstveni izazovi legura titana U usporedbi s tradicionalnim metalima kao što su čelik, bakar i aluminij, poteškoće obrade legura titana leže u:
• Visoka otpornost na deformacije: Granica razvlačenja čistog titana je tri puta veća od aluminija, a brzina otvrdnjavanja legura titana (kao što je GR5) je do dva puta veća od čelika;
• Uzak prozor plastičnosti: čisti titan ima lošu plastičnost na sobnoj temperaturi i zahtijeva toplo valjanje na 200-450 stupnjeva ili vruće valjanje na iznad 800 stupnjeva kako bi se postigla dobra sposobnost oblikovanja;
• Osjetljiv na oksidaciju pri visokim -temperaturama: titan oksidira brzo iznad 600 stupnjeva, stvarajući tvrdi i krti oksidni sloj (TiO₂), povećavajući poteškoće naknadne obrade;
• Jaka sklonost upijanju plinova: Lako apsorbira intersticijske elemente kao što su vodik i kisik tijekom zagrijavanja ili kiseljenja, što dovodi do "vodikove krtosti" ili "kisikove krtosti". Studija slučaja: U proizvodnji zrakoplovnog lima, pogreška u kontroli temperature zagrijavanja rezultirala je prekomjernom debljinom sloja oksida, što je u konačnici uzrokovalo odbacivanje cijele serije lima, što je rezultiralo gubicima od nekoliko milijuna yuana.
II. Tijek temeljnog procesa za proizvodnju ploča, traka i folija od legure titana
1. Priprema ploča i prethodna obrada
• Odabir sirovina: Ingoti od titana visoke-čistoće pripremljeni pomoću VAR (Vacuum Arsenic Arc Refining) ili EB (Electron Beam Refining) procesa, sa sadržajem nečistoća manjim od ili jednakim 0,1%;
• Površinska obrada: Uklanjanje površinskih nedostataka (kao što su pukotine i inkluzije) iz ingota pjeskarenjem ili tokarenjem kako bi se spriječilo širenje pukotina tijekom obrade;
• Kontrola dimenzija: Projektiranje debljine ploče prema specifikacijama gotovog proizvoda; debljina toplo{0}}valjane ploče je obično 150-300 mm. Standardni zahtjevi: Hrapavost površine ploče Ra Manja ili jednaka 3,2 μm kako bi se osigurala naknadna stabilnost kotrljanja.
2. Kontrola procesa grijanja
• Grijanje vrućim valjanjem:
• Metoda segmentiranog grijanja: Prvo zagrijte na 600 stupnjeva brzinom manjom od ili jednakom 50 stupnjeva /h, držite 2 sata, a zatim brzo zagrijte na 950-1050 stupnjeva (+ fazno područje);
• Zaštita atmosfere: Ubacite plin argon ili upotrijebite vakuumsko grijanje u električnoj peći za grijanje kako biste smanjili brzinu oksidacije;
• Ujednačenost temperature: Pratite u stvarnom vremenu pomoću infracrvenog termometra, temperaturna devijacija manja ili jednaka ±10 stupnjeva.
• Zagrijavanje toplim valjanjem: kontrolirano na 650-750 stupnjeva, debljina sloja oksida manja ili jednaka 2 μm, može se izravno ukloniti dekapiranjem. Ključni parametri: Odstupanje temperature grijanja mora se kontrolirati unutar ±10 stupnjeva kako bi se izbjeglo lokalno pregrijavanje koje dovodi do zgrubljivanja zrna.
3. Projektiranje procesa valjanja
(1) Postupak vrućeg valjanja
• Početna temperatura valjanja: 980-1020 stupnjeva, konačna temperatura valjanja veća ili jednaka 850 stupnjeva;
• Smanjenje po prolazu: smanjenje prvog prolaza Manje od ili jednako 15%, sljedeći prolazi postupno se povećavaju na 30%-40%;
• Kontrola zrna: završna deformacija prolaza je dovršena u faznom području (manje od ili jednako 882 stupnja), pročišćavanje zrna do stupnja ASTM 8-10;
• Kontrola oblika: hidraulički sustav valjka za savijanje koristi se za kontrolu zaostalog naprezanja manjeg ili jednakog 50 MPa.
(2) Postupak toplog valjanja
• Raspon temperature: 600-700 stupnjeva, koristeći karakteristike dinamičke rekristalizacije titana za poboljšanje plastičnosti;
• Kontrola oksidnog sloja: debljina oksidnog sloja nakon-valjanja Manja ili jednaka 2 μm, koji se može izravno ukloniti luženjem;
• Planiranje prolaza: smanjenje u jednom prolazu Manje od ili jednako 8%, ukupna deformacija Manje od ili jednako 30%, izbjegavanje pucanja rubova. Prednosti: toplo valjanje može izostaviti postupak međužarenja, skraćujući proizvodni ciklus za više od 20%.
(3) Postupak hladnog valjanja
• Više{0}}prolazni dizajn: ploče debljine 0,3-1,8 mm moraju biti hladno valjane u 5-8 prolaza, s kontroliranom količinom deformacije na 10%-15% po prolazu;
• Srednje žarenje: Vakuumsko žarenje (650 stupnjeva /2h) izvodi se kada kumulativna količina deformacije dosegne 30% kako bi se eliminiralo otvrdnjavanje radom;
• Kvaliteta površine: Tehnologija podmazivanja premaza u valjku usvojena je kako bi se smanjile ogrebotine. Obrada visokolegiranih materijala: Za legure tipa + kao što je Ti-6Al-4V, iznos deformacije po prolazu treba smanjiti na 5%-8% kako bi se spriječilo pucanje rubova.
4. Završna i naknadna-obrada
• Postupak kiseljenja:
• Metoda u dva- koraka: Prvo se oksidni sloj uklanja mješavinom 10%HF + 30%HNO₃ kiseline, a zatim se pasivizira s 5% limunskom kiselinom;
• Ekološki prihvatljiva alternativa: Razvijte postupak kiseljenja -bez fluora kako biste smanjili količinu fluorovodične kiseline koja se koristi za više od 80%.
• Proces ravnanja: Preostalo naprezanje eliminira se pomoću deset-uređaja za ravnanje, čime se postiže ravnost manja ili jednaka 1 mm/m;
• Provjera površine: potkožni defekti otkrivaju se pomoću detektora grešaka na vrtložne struje kako bi se osiguralo da nema pukotina, inkluzija i drugih defekata.
III. Smjernice za optimizaciju procesa i trendovi u industriji
1. Gotovo-Net-Tehnologija oblikovanja oblika: Razvoj tehnologije preciznog valjanja za smanjenje dopuštenja strojne obrade s tradicionalnih 3 mm na unutar 0,5 mm;
2. Inteligentna kontrola: uvođenje tehnologije digitalnog blizanaca za praćenje sile kotrljanja, temperaturnog polja i drugih parametara u stvarnom vremenu, omogućavajući prilagodljivu prilagodbu procesa;
3. Zelena proizvodnja: promicanje procesa kiseljenja-bez fluora kako bi se smanjili rizici od onečišćenja okoliša;
4. Obrada kompozita: Istraživanje tehnologije oblikovanja kompozita laserskim{1}}valjanjem kako bi se probile granice oblikovanja legura titana pri sobnoj temperaturi;
5. Superplastično oblikovanje: postizanje superplastičnosti titanovih legura na 850-950 stupnjeva kroz kontrolu mikrostrukture za integrirano oblikovanje složenih strukturnih dijelova.