I. Теоретична основа и технологични характеристики на обработката на пластмаси от титанови сплави
1. Общи принципи на металопластична обработка Същността на пластичната обработка на титанови сплави е да се използва капацитетът на пластична деформация на твърдите метали, за да се промени тяхната микроструктура чрез външна сила, като в крайна сметка се получават титанови материали с желаната форма и свойства. Този процес следва класическата теория за металопластична обработка, включително:
• Връзка между напрежението-деформация: Напрежението на изтичане на титанови сплави проявява не-линейна връзка с температурата на деформация и скоростта на деформация;
• Механизъм на рекристализация: Динамичната рекристализация е ключова за рафиниране на зърната и подобряване на пластичността;
• Триене и смазване: Коефициентът на триене по време на търкаляне пряко влияе върху качеството на формата на листа. Технически консенсус: Обработката на титанова сплав изисква баланс между температура, степен на деформация и контрол на окисляването, за да се избегне генерирането на едри зърна и повърхностни дефекти.
2. Уникални предизвикателства на титаниевите сплави В сравнение с традиционните метали като стомана, мед и алуминий, трудността при обработката на титаниевите сплави се състои в:
• Висока устойчивост на деформация: границата на провлачване на чистия титан е три пъти по-голяма от тази на алуминия, а скоростта на работно втвърдяване на титаниеви сплави (като GR5) е до два пъти по-висока от тази на стоманата;
• Тесен прозорец на пластичност: Чистият титан има лоша пластичност при стайна температура и изисква топло валцуване при 200-450 градуса или горещо валцуване при над 800 градуса, за да се получи добра форма;
• Чувствителен към високо{0}}температурно окисляване: Титанът се окислява бързо над 600 градуса, образувайки твърд и крехък оксиден слой (TiO₂), което увеличава трудността на последващата обработка;
• Силна склонност към абсорбиране на газове: Той лесно абсорбира интерстициални елементи като водород и кислород по време на нагряване или мариноване, което води до „водородна крехкост“ или „кислородна крехкост“. Казус от практиката: При производството на аерокосмическа ламарина, грешка в контрола на температурата на нагряване доведе до прекомерна дебелина на оксидния слой, което в крайна сметка доведе до бракуване на цялата партида ламарина, което доведе до загуби от няколко милиона юана.
II. Основен технологичен поток за производство на пластини, ленти и фолио от титаниева сплав
1. Подготовка и предварителна обработка на плочата
• Избор на суровина: Титанови слитъци с висока{0}}чистота, приготвени чрез VAR (вакуумно рафиниране с арсенова дъга) или EB (рафиниране с електронен лъч) със съдържание на примеси по-малко или равно на 0,1%;
• Повърхностна обработка: Отстраняване на повърхностни дефекти (като пукнатини и включвания) от блока чрез пясъкоструене или струговане, за да се предотврати разпространението на пукнатини по време на обработката;
• Контрол на размерите: Проектиране на дебелината на плочата според спецификациите на крайния продукт; дебелината на горе{0}}валцуваната плоча обикновено е 150-300 mm. Стандартни изисквания: Грапавост на повърхността на плочата Ra По-малко или равно на 3,2 μm, за да се осигури последваща стабилност при търкаляне.
2. Контрол на процеса на нагряване
• Нагряване с горещо валцуване:
• Сегментиран метод на нагряване: Първо, загрейте до 600 градуса със скорост по-малка или равна на 50 градуса /ч, задръжте за 2 часа, след това бързо загрейте до 950-1050 градуса (+фазова област);
• Защита на атмосферата: Въведете газ аргон или използвайте вакуумно нагряване в електрическата нагревателна пещ, за да намалите степента на окисление;
• Еднородност на температурата: Наблюдавайте в реално време с инфрачервен термометър, температурно отклонение По-малко или равно на ±10 градуса.
• Нагряване при топло валцоване: Контролирано при 650-750 градуса, дебелина на оксидния слой По-малка или равна на 2 μm, може да се отстрани директно чрез ецване. Ключови параметри: Отклонението на температурата на нагряване трябва да се контролира в рамките на ±10 градуса, за да се избегне локално прегряване, водещо до загрубяване на зърното.
3. Проектиране на процеса на валцуване
(1) Процес на горещо валцуване
• Първоначална температура на валцуване: 980-1020 градуса, крайна температура на валцуване По-голяма или равна на 850 градуса;
• Намаляване на преминаване: намаление при първо преминаване По-малко или равно на 15%, следващите преминавания постепенно се увеличават до 30%-40%;
• Контрол на зърното: окончателното преминаване на деформация е завършено във фазовия участък (По-малко или равно на 882 градуса), рафиниране на зърното до степен ASTM 8-10;
• Контрол на формата: хидравличната ролкова система за огъване се използва за контролиране на остатъчното напрежение, по-малко или равно на 50MPa.
(2) Процес на топло валцуване
• Температурен диапазон: 600-700 градуса, като се използват характеристиките на динамична рекристализация на титан за подобряване на пластичността;
• Контрол на оксидния слой: дебелина на оксидния слой след-валцоване По-малка или равна на 2 μm, която може да бъде директно отстранена чрез ецване;
• Планиране на преминаване: намаляване на еднократно преминаване По-малко или равно на 8%, обща деформация По-малко или равно на 30%, избягване на напукване по ръбовете. Предимства: топлото валцуване може да пропусне процеса на междинно отгряване, съкращавайки производствения цикъл с повече от 20%.
(3) Процес на студено валцуване
• Много{0}}дизайн: плочите с дебелина 0,3-1,8 mm трябва да бъдат студено валцовани в 5-8 преминавания, като степента на деформация се контролира на 10%-15% на преминаване;
• Междинно отгряване: Вакуумно отгряване (650 градуса /2h) се извършва, когато сумата на кумулативната деформация достигне 30%, за да се елиминира работното втвърдяване;
• Качество на повърхността: Технологията за смазване на ролково покритие е възприета за намаляване на дефектите от надраскване. Обработка на високолегиран материал: За сплави тип + като Ti-6Al-4V, количеството на деформация на преминаване трябва да бъде намалено до 5%-8%, за да се предотврати напукване на ръба.
4. Довършителни и последваща-обработка
• Процес на ецване:
• Дву{0}}етапен метод: Първо, оксидният слой се отстранява чрез смес от 10%HF + 30%HNO3 киселина и след това се пасивира с 5% лимонена киселина;
• Екологична алтернатива: Разработете процес на ецване-без флуор, за да намалите количеството използвана флуороводородна киселина с повече от 80%.
• Процес на изправяне: Остатъчното напрежение се елиминира с помощта на десет{0}}ролкова преса, като се постига изправеност, по-малка или равна на 1 mm/m;
• Повърхностна инспекция: Подкожните дефекти се откриват с помощта на вихровотоков дефектоскоп, за да се гарантира липсата на пукнатини, включвания и други дефекти.
III. Насоки за оптимизиране на процеси и тенденции в индустрията
1. Технология за почти-Net-оформяне на формата: Разработване на технология за прецизно валцоване за намаляване на резервите за машинна обработка от традиционните 3 mm до 0,5 mm;
2. Интелигентен контрол: Въвеждане на цифрова двойна технология за наблюдение на силата на търкаляне, температурното поле и други параметри в реално време, което позволява адаптивно регулиране на процеса;
3. Зелено производство: Насърчаване на процеси на ецване-без флуор за намаляване на рисковете от замърсяване на околната среда;
4. Композитна обработка: Проучване на лазерна-технология за формоване на композитни материали, за да се преодолеят ограниченията за формоване на титанови сплави при стайна температура;
5. Суперпластично формоване: Постигане на суперпластичност на титанови сплави при 850-950 градуса чрез контрол на микроструктурата за интегрирано формоване на сложни структурни части.