I. Teorijske osnove i tehnološke karakteristike prerade plastike titanijumske legure
1. Zajednički principi obrade metala i plastike Suština plastične obrade legure titanijuma je da se iskoristi kapacitet plastične deformacije čvrstih metala da bi se promenila njihova mikrostruktura spoljnom silom, čime se na kraju dobijaju titanijumski materijali sa željenim oblikom i svojstvima. Ovaj proces slijedi klasičnu teoriju obrade metalne plastike, uključujući:
• Odnos naprezanja{0}}deformacije: napon tečenja titanijumskih legura pokazuje ne-linearnu vezu sa temperaturom deformacije i brzinom deformacije;
• Mehanizam rekristalizacije: Dinamička rekristalizacija je ključna za rafiniranje zrna i poboljšanje plastičnosti;
• Trenje i podmazivanje: Koeficijent trenja tokom valjanja direktno utiče na kvalitet oblika lima. Tehnički konsenzus: Obrada legure titanijuma zahteva ravnotežu između temperature, količine deformacije i kontrole oksidacije kako bi se izbeglo stvaranje krupnih zrna i površinskih defekata.
2. Jedinstveni izazovi legura titanijuma U poređenju sa tradicionalnim metalima kao što su čelik, bakar i aluminijum, teškoća obrade legura titanijuma leži u:
• Visoka otpornost na deformaciju: Granica tečenja čistog titanijuma je tri puta veća od aluminijuma, a brzina očvršćavanja legura titanijuma (kao što je GR5) je do dva puta veća od čelika;
• Uski prozor plastičnosti: čisti titanijum ima lošu plastičnost na sobnoj temperaturi i zahteva toplo valjanje na 200-450 stepeni ili toplo valjanje na iznad 800 stepeni da bi se postigla dobra formabilnost;
• Osetljiv na oksidaciju pri visokim{0}temperaturama: Titanijum oksidira brzo iznad 600 stepeni, formirajući tvrdi i krhki oksidni sloj (TiO₂), što povećava poteškoće naknadne obrade;
• Snažna sklonost apsorpciji gasova: Lako apsorbuje intersticijske elemente kao što su vodonik i kiseonik tokom zagrevanja ili kiseljenja, što dovodi do "krtosti vodonikom" ili "krtosti kiseonikom". Studija slučaja: U proizvodnji svemirskog lima, greška u kontroli temperature grijanja dovela je do prekomjerne debljine oksidnog sloja, što je na kraju uzrokovalo raspadanje cijele serije lima, što je rezultiralo gubicima od nekoliko miliona juana.
II. Tok osnovnog procesa za proizvodnju ploča, traka i folija od legure titanijuma
1. Priprema i prethodna obrada ploča
• Izbor sirovine: ingoti titanijuma visoke- čistoće pripremljeni korišćenjem VAR (vakuumsko rafiniranje arsenika) ili EB (Rafiniranje elektronskim snopom) procesa, sa sadržajem nečistoća manjim od ili jednakim 0,1%;
• Površinska obrada: Uklanjanje površinskih defekata (kao što su pukotine i inkluzije) sa ingota pjeskarenjem ili okretanjem kako bi se spriječilo širenje pukotina tokom obrade;
• Kontrola dimenzija: Projektovanje debljine ploče prema specifikacijama gotovog proizvoda; Debljina toplo{0}}valjane ploče je tipično 150-300 mm. Standardni zahtjevi: Hrapavost površine ploče Ra Manja od ili jednaka 3,2 μm kako bi se osigurala naknadna stabilnost kotrljanja.
2. Kontrola procesa grijanja
• Grejanje na toplo valjanje:
• Metoda segmentiranog grejanja: Prvo, zagrejte na 600 stepeni brzinom manjom ili jednakom 50 stepeni/h, držite 2 sata, a zatim brzo zagrejte na 950-1050 stepeni (+ fazni region);
• Zaštita atmosfere: Uvesti plin argon ili koristiti vakuumsko grijanje u električnoj peći za grijanje kako bi se smanjila stopa oksidacije;
• Ujednačenost temperature: Praćenje u realnom vremenu pomoću infracrvenog termometra, odstupanje temperature manje od ili jednako ±10 stepeni.
• Zagrijavanje toplim valjanjem: Kontrolisano na 650-750 stepeni, debljina oksidnog sloja manja ili jednaka 2 μm, može se direktno ukloniti dekarenjem. Ključni parametri: Odstupanje temperature grijanja mora se kontrolisati unutar ±10 stepeni kako bi se izbjeglo lokalno pregrijavanje koje dovodi do grubosti zrna.
3. Dizajn procesa valjanja
(1) Proces vrućeg valjanja
• Početna temperatura valjanja: 980-1020 stepeni, završna temperatura valjanja veća ili jednaka 850 stepeni;
• Smanjenje po prolazu: smanjenje prvog prolaza Manje ili jednako 15%, naredni prolazi se postepeno povećavaju na 30%-40%;
• Kontrola zrna: završna deformacija prolaza je završena u faznom regionu (manje ili jednako 882 stepena), rafiniranjem zrna do ASTM 8-10 stepena;
• Kontrola oblika: hidraulički sistem valjaka za savijanje se koristi za kontrolu zaostalog naprezanja manjeg ili jednakog 50MPa.
(2) Proces toplog valjanja
• Temperaturni opseg: 600-700 stepeni, koristeći karakteristike dinamičke rekristalizacije titanijuma za poboljšanje plastičnosti;
• Kontrola oksidnog sloja: debljina sloja oksida nakon -okretanja manja ili jednaka 2 μm, koji se može direktno ukloniti dekarenjem;
• Planiranje prolaza: smanjenje jednog prolaza manje od ili jednako 8%, ukupna deformacija manja ili jednaka 30%, izbjegavanje pucanja rubova. Prednosti: toplo valjanje može izostaviti proces srednjeg žarenja, skraćujući proizvodni ciklus za više od 20%.
(3) Proces hladnog valjanja
• Dizajn sa više-prolaza: tanke ploče od 0,3-1,8 mm moraju biti hladno valjane u 5-8 prolaza, uz kontrolu količine deformacije na 10%-15% po prolazu;
• Intermedijarno žarenje: Vakuumsko žarenje (650 stepeni/2h) se izvodi kada kumulativna količina deformacije dostigne 30% kako bi se eliminisalo radno očvršćavanje;
• Kvalitet površine: Tehnologija podmazivanja premaza u rolnama je usvojena kako bi se smanjile ogrebotine. Obrada visokolegiranih materijala: Za legure tipa + kao što je Ti-6Al-4V, količina deformacije po prolazu mora biti smanjena na 5%-8% kako bi se spriječilo pucanje rubova.
4. Završni i post{1}}tretman
• Proces kiseljenja:
• Metoda u dva-koraka: Prvo, oksidni sloj se uklanja mješavinom 10%HF + 30%HNO₃ kiseline, a zatim se pasivira sa 5% limunske kiseline;
• Ekološki prihvatljiva alternativa: Razvijte proces kiseljenja-bez fluora kako biste smanjili količinu fluorovodonične kiseline koja se koristi za više od 80%.
• Proces ravnanja: Preostalo naprezanje se eliminiše korišćenjem ravnala sa deset valjka, čime se postiže ravnost manja ili jednaka 1 mm/m;
• Površinska inspekcija: Potkožni defekti se detektuju pomoću detektora grešaka sa vrtložnim strujama kako bi se osiguralo odsustvo pukotina, inkluzija i drugih defekata.
III. Pravci optimizacije procesa i trendovi u industriji
1. Near-Net-Tehnologija oblikovanja oblika: Razvoj precizne tehnologije valjanja za smanjenje dopuštenja obrade sa tradicionalnih 3 mm na unutar 0,5 mm;
2. Inteligentna kontrola: Uvođenje digitalne dvostruke tehnologije za praćenje sile kotrljanja, temperaturnog polja i drugih parametara u realnom vremenu, omogućavajući prilagodljivo prilagođavanje procesa;
3. Zelena proizvodnja: Promoviranje procesa kiseljenja bez fluora- radi smanjenja rizika od zagađenja životne sredine;
4. Obrada kompozita: Istraživanje laserske-tehnologije oblikovanja kompozita za probijanje kroz granice oblikovanja titanijumskih legura na sobnoj temperaturi;
5. Superplastično oblikovanje: Postizanje superplastičnosti titanijumskih legura na 850-950 stepeni kroz kontrolu mikrostrukture za integrisano oblikovanje složenih strukturnih delova.