I. Titanijumske legure se široko koriste u vazduhoplovstvu, medicini i drugim poljima zbog svoje visoke specifične čvrstoće i otpornosti na koroziju. Međutim, njihova visoka hemijska reaktivnost čini ih sklonim reakciji s kisikom i dušikom tijekom zagrijavanja na visokoj{2}}temperaturi kako bi se formirao krhki oksidni sloj, što dovodi do smanjene plastičnosti materijala i povećanog dopuštenja obrade. Postizanje minimalne ili nikakve oksidacije tokom procesa zagrevanja kovanih gredica od legure titanijuma postalo je ključni tehnički izazov za poboljšanje iskorišćenja materijala i smanjenje troškova proizvodnje. Istraživali smo metode za kontrolu površinske oksidacije otkovaka od legure titana kroz sistematska eksperimentalna istraživanja.
II. Eksperimentalni materijali i metode BT3-1 ekstrudirane gredice od legure titanijuma odabrane su kao glavni predmet istraživanja, uz istovremeno poređenje promjena performansi ploča od legure BT20, OT4{11}}1 i cijevi od legure PT7M. Svi uzorci su mehanički polirani, a zatim zagrijani u električnoj peći na 950 stepeni -980 stepeni (blizu temperaturi alotropske transformacije titanijumskih legura), sa kontrolisanim vremenom zadržavanja u roku od 1 sata. Eksperimentalne varijable su uključivale: preoksidacionu obradu, zaštitni premaz staklenog emajla, tip medijuma za grejanje (obična električna peć/sloj pseudo-ukapljivanja rastresitog materijala) i metod površinske obrade posle kovanja (peskarenje).
III. Ključne tehnologije za kontrolu površinske oksidacije
1. Pred-Proces tretmana oksidacijom:
Eksperimenti pokazuju da površina neobrađenih gredica pokazuje sloj oksida riblje-ljuske, dok je glatkoća površine prethodno-oksidiranih gredica značajno poboljšana. Pred-oksidacioni tretman, formiranjem jednolikog i gustog oksidnog filma na površini gredice, efikasno inhibira duboku oksidaciju tokom naknadnog zagrevanja. Nadalje, prianjanje staklenog emajla premaza na pre-oksidiranoj površini gredice je smanjeno, što naknadno uklanjanje čini za više od 30% lakšim i značajno poboljšava efikasnost proizvodnje.
2. Tehnologija zaštitnog premaza staklenog emajla:
Nanošenje staklenog emajla na vrh pre-oksidacionog tretmana može dodatno smanjiti stopu oksidacije tokom zagrijavanja. Ovaj premaz smanjuje kontakt između gredice i oksidirajućih plinova kroz fizičku izolaciju. Eksperimentalni podaci pokazuju da zaštita premaza može smanjiti debljinu oksidnog sloja na površini gredice za 50%-70%. Značajno je da sinergijski efekat premaza i pre-oksidacionog sloja može poboljšati površinsku plastičnost gredice, povećavajući izduženje kovanih uzoraka za 15%-20%.
3. Tehnologija optimizacije medija za grijanje:
(1) Regulacija grijanja u običnoj električnoj peći: Prilikom grijanja u konvencionalnoj električnoj peći, temperatura se strogo kontrolira iznad temperature alotropske transformacije, a vrijeme držanja je manje od ili jednako 1 sat kako bi se izbjegla očigledna apsorpcija plina na površini. Formirani oksidni sloj može se efikasno ukloniti pjeskarenjem, a stopa gubitka materijala se kontrolira unutar 5%. (2) Tehnologija pseudo-zagrijavanja sloja za ukapljivanje rastresitog materijala: Ova tehnologija zagrijava gredicu ukopavanjem u pseudo-sloj za ukapljivanje koji se sastoji od granuliranog medija (kao što je prah glinice) i koristi intenzivno relativno kretanje između čestica medija da poboljša razmjenu topline. Eksperimenti pokazuju da je njegova efikasnost prijenosa topline 1,5 reda veličine veća od efikasnosti peći s prisilnom konvekcijom, približavajući se nivou peći za rastopljenu sol. Ovom tehnologijom se može postići brzo i ujednačeno zagrijavanje gredice, skraćujući vrijeme zagrijavanja za 40% do 60%, a istovremeno značajno smanjujući sklonost oksidaciji kroz izolacijski učinak medija, smanjujući debljinu površinskog oksidnog sloja za više od 80%.
Slučaj primjene: Koristili smo Y₂O₃ disperziono ojačanje + termički difuzijski premaz na turbinskim diskovima od legure titanijuma-niobijuma, što je povećalo snagu puzanja na 650 stepeni za 35% i smanjilo brzinu puzanja na 1×10⁻⁸/s.
IV. Optimizacija procesa obrade površine:
Pjeskarenje nakon kovanja je ključni korak u poboljšanju performansi otkovaka. Konvencionalno pjeskarenje može ukloniti površinski sloj oksida i sloj-apsorbirajući plin, smanjujući vrijednost Ra hrapavosti površine ispod 3,2 μm, dok istovremeno poboljšava plastičnost kroz površinsko ojačanje. Za blanke sa staklenim emajliranim premazima, pritisak pjeskarenja mora biti kontroliran u rasponu od 0,3–0,5 MPa kako bi se izbjeglo prekomjerno oštećenje osnovnog materijala.
V. Zaključci:
1. Sinergistička primjena pre-oksidacijske obrade i staklenog emajla premaza može konstruirati dvoslojni -sistem zaštite "aktivna kontrola oksidacije + pasivna izolacijska zaštita", značajno poboljšavajući kvalitet površine otkovaka od legure titanijuma.
2. Tehnologija grijanja sloja pseudo-ukapljivanja rastresitog materijala postiže dvostruke ciljeve efikasnog grijanja i kontrole oksidacije optimiziranjem mehanizma prijenosa topline, što ga čini posebno pogodnim za masovnu proizvodnju otkovaka složenog-oblikovanog oblika.
3. Precizna kontrola parametara procesa (temperatura, vrijeme, pritisak pjeskarenja, itd.) je ključna za osiguranje sveobuhvatnih performansi otkovaka od legure titanijuma; standardizovane specifikacije procesa moraju biti uspostavljene u skladu sa specifičnim razredima legure.
Kontrola površinske oksidacije otkovaka od legure titanijuma je u suštini sveobuhvatan projekat sistemskog inženjeringa koji integriše "proces, okruženje i naknadni{0}} tretman."
Uz podršku lokalne industrije u Baojiju, vakuumsko kovanje + zaštita od inertnog plina + kiseljenje i pasivizacija je postalo glavno rješenje, dok ga visoko-prevlačenje premaza i digitalna kontrola vode ka cilju "nulte oksidacije".
Za vrhunska-polja kao što su vazduhoplovstvo i nuklearna energija, vakuumsko kovanje + PVD premaz je ultimativni put do postizanja "uslužnog{2}}nulte oksidacije."
