I. Титановите сплави се използват широко в космическата, медицината и други области поради тяхната висока специфична якост и устойчивост на корозия. Тяхната висока химическа реактивност обаче ги прави склонни да реагират с кислород и азот по време на високо-температурно нагряване, за да образуват крехък оксиден слой, което води до намалена пластичност на материала и увеличено допустимо обработване. Постигането на минимално или никакво окисление по време на процеса на нагряване на заготовки за коване от титанова сплав се превърна в ключово техническо предизвикателство за подобряване на използването на материала и намаляване на производствените разходи. Изследвахме методи за контролиране на повърхностното окисляване на изковки от титанова сплав чрез систематични експериментални изследвания.
II. Експериментални материали и методи BT3-1 екструдирани заготовки от титанова сплав бяха избрани като основен обект на изследване, с едновременни сравнения на промените в производителността на BT20, OT4-1 плочи от сплав и тръби от сплав PT7M. Всички проби бяха механично полирани и след това нагрети в електрическа пещ до 950 градуса -980 градуса (близка до температурата на алотропна трансформация на титанови сплави), с време на задържане, контролирано в рамките на 1 час. Експерименталните променливи включват: предокислителна обработка, защитно покритие от стъклен емайл, тип нагряваща среда (обикновена електрическа пещ/псевдо-втечняващ слой на насипен материал) и метод на повърхностна обработка след коване (пясъкоструене).
III. Ключови технологии за контрол на повърхностното окисление
1. Процес на пре-третиране с окисление:
Експериментите показват, че повърхността на необработените заготовки показва оксиден слой от риб-люспи, докато повърхностната гладкост на предварително-окислените заготовки е значително подобрена. Предварителното окисляване, чрез образуване на равномерен и плътен оксиден филм върху повърхността на заготовката, ефективно инхибира дълбокото окисляване по време на последващо нагряване. Освен това, адхезията на стъкленото емайлово покритие върху предварително-оксидираната повърхност на заготовката е намалена, което прави последващото отстраняване с повече от 30% по-лесно и значително подобрява ефективността на производството.
2. Технология за защитно покритие със стъклен емайл:
Нанасянето на покритие от стъклен емайл върху предварително -окислителната обработка може допълнително да намали скоростта на окисление по време на нагряване. Това покритие намалява контакта между заготовката и окислителните газове чрез физическа изолация. Експерименталните данни показват, че защитата на покритието може да намали дебелината на оксидния слой върху повърхността на заготовката с 50%–70%. Трябва да се отбележи, че синергичният ефект на покритието и предварително -окислителния слой може да подобри повърхностната пластичност на заготовката, увеличавайки удължението на кованите проби с 15%–20%.
3. Технология за оптимизиране на топлоносителя:
(1) Контрол на нагряването в обикновена електрическа пещ: При нагряване в конвенционална електрическа пещ температурата се контролира стриктно над температурата на алотропна трансформация и времето на задържане е по-малко или равно на 1 час, за да се избегне очевидното абсорбиране на газ на повърхността. Образуваният оксиден слой може да бъде ефективно отстранен чрез пясъкоструене, а степента на загуба на материал се контролира в рамките на 5%. (2) Технология за нагряване на псевдо-слой за втечняване на свободен материал: Тази технология загрява заготовката, като я заравя в псевдо-слой за втечняване, съставен от гранулирана среда (като алуминиев прах) и използва интензивното относително движение между частиците на средата за подобряване на топлообмена. Експериментите показват, че неговата ефективност на топлопренос е с 1,5 порядъка по-висока от тази на пещ с принудителна конвекция, доближавайки се до нивото на пещ с разтопена сол. Тази технология може да постигне бързо и равномерно нагряване на заготовката, като съкращава времето за нагряване с 40% до 60% и в същото време значително намалява склонността към окисление чрез изолационния ефект на средата, намалявайки дебелината на повърхностния оксиден слой с повече от 80%.
Случай на приложение: Използвахме Y₂O₃ дисперсионно укрепване + термично дифузионно покритие върху турбинни дискове от титан-ниобиева сплав, което увеличи якостта на пълзене при 650 градуса с 35% и намали скоростта на пълзене до 1×10⁻⁸/s.
IV. Оптимизиране на процеса на повърхностна обработка:
Пясъкоструенето след щанцоване е ключова стъпка за подобряване на производителността на изковките. Конвенционалното пясъкоструене може да премахне повърхностния оксиден слой и газа-абсорбиращия слой, намалявайки стойността на грапавостта на повърхността Ra до под 3,2 μm, като същевременно подобрява пластичността чрез повърхностно укрепване. За заготовки със стъклени емайлирани покрития, налягането на пясъкоструене трябва да се контролира в диапазона от 0,3–0,5MPa, за да се избегне прекомерно увреждане на основния материал.
V. Изводи:
1. Синергичното приложение на пред-третиране с окисляване и покритие от стъклен емайл може да изгради двуслойна -система за защита от „активен контрол на окисляването + пасивна изолационна защита“, значително подобрявайки качеството на повърхността на изковките от титанова сплав.
2. Технологията за нагряване на псевдо-слоя за втечняване на насипния материал постига двойните цели за ефективно нагряване и контрол на окисляването чрез оптимизиране на механизма за пренос на топлина, което я прави особено подходяща за масово производство на изковки със сложна-форма.
3. Прецизният контрол на параметрите на процеса (температура, време, пясъкоструйно налягане и т.н.) е от решаващо значение за осигуряване на цялостната работа на изковките от титаниеви сплави; стандартизираните спецификации на процеса трябва да бъдат установени в съответствие със специфичните степени на сплавта.
Контролирането на повърхностното окисляване на изковки от титанова сплав е по същество цялостен проект за системно инженерство, интегриращ „процес, среда и последваща{0}}обработка“.
С подкрепата на местните индустрии в Baoji, вакуумното коване + защитата от инертен газ + декапиране и пасивиране се превърна в основно решение, докато високо{2}}температурното покритие и дигиталното управление го движат към целта за „нулево окисление“.
За полета от висок{0}}клас като космическа и ядрена енергия, вакуумното коване + PVD покритие е най-добрият път за постигане на „сервизен-клас нулево окисляване“.
