I. Теоретичні основи та технологічні характеристики переробки пластмас титанового сплаву
1. Загальні принципи металопластикової обробки. Сутність пластичної обробки титанового сплаву полягає у використанні пластичної деформаційної здатності твердих металів для зміни їх мікроструктури за допомогою зовнішньої сили, в кінцевому підсумку з отриманням титанових матеріалів із бажаною формою та властивостями. Цей процес відповідає класичній теорії металопластикової обробки, включаючи:
• Зв’язок між напругою-деформацією: напруга течії титанових сплавів демонструє не-лінійну залежність від температури деформації та швидкості деформації;
• Механізм рекристалізації: динамічна рекристалізація є ключем до очищення зерна та покращення пластичності;
• Тертя та змащування: Коефіцієнт тертя під час кочення безпосередньо впливає на якість форми листа. Технічний консенсус: обробка титанового сплаву вимагає балансу між температурою, ступенем деформації та контролем окислення, щоб уникнути утворення грубих зерен і дефектів поверхні.
2. Унікальні проблеми титанових сплавів У порівнянні з традиційними металами, такими як сталь, мідь та алюміній, складність обробки титанових сплавів полягає в:
• Висока стійкість до деформації: межа текучості чистого титану в три рази більша, ніж у алюмінію, а швидкість зміцнення титанових сплавів (таких як GR5) майже вдвічі більша, ніж у сталі;
• Вузьке вікно пластичності: чистий титан має низьку пластичність при кімнатній температурі і потребує гарячої прокатки при 200-450 градусів або гарячої прокатки при температурі вище 800 градусів, щоб отримати гарну формуемість;
• Чутливий до високо{0}}температурного окислення: титан швидко окислюється вище 600 градусів, утворюючи твердий і крихкий оксидний шар (TiO₂), що ускладнює подальшу обробку;
• Сильна схильність до поглинання газів: він легко поглинає інтерстиціальні елементи, такі як водень і кисень, під час нагрівання або маринування, що призводить до «водневої крихкості» або «кисневої крихкості». Приклад: у виробництві листового металу для аерокосмічної промисловості помилка в регулюванні температури нагрівання призвела до надмірної товщини шару оксиду, що зрештою призвело до списання всієї партії листового металу, що призвело до втрат у кілька мільйонів юанів.
II. Основний технологічний процес для виробництва пластин, смуг і фольги з титанового сплаву
1. Підготовка та попередня обробка плити
• Вибір сировини: високо{0}}злитки титану високої чистоти, виготовлені за допомогою процесів VAR (вакуумне миш’яково-дугове рафінування) або EB (електронно-променеве рафінування), із вмістом домішок менше або дорівнює 0,1%;
• Обробка поверхні: видалення поверхневих дефектів (таких як тріщини та вкраплення) із зливка шляхом піскоструминної обробки або точіння для запобігання поширенню тріщин під час обробки;
• Контроль розмірів: проектування товщини плити відповідно до специфікацій готового продукту; товщина гарячого{0}}сляба зазвичай становить 150-300 мм. Стандартні вимоги: шорсткість поверхні плити Ra менше або дорівнює 3,2 мкм для забезпечення подальшої стабільності кочення.
2. Контроль процесу нагрівання
• Нагрівання гарячої прокатки:
• Метод сегментованого нагрівання: спочатку нагрійте до 600 градусів зі швидкістю менше або дорівнює 50 градусам/год, витримайте протягом 2 годин, потім швидко нагрійте до 950-1050 градусів (область + фаза);
• Захист атмосфери: введіть газ аргон або використовуйте вакуумне нагрівання в електронагрівальній печі, щоб зменшити швидкість окислення;
• Рівномірність температури: моніторинг у реальному часі за допомогою інфрачервоного термометра, відхилення температури менше або дорівнює ±10 градусам.
• Нагрівання гарячої прокатки: контролюється при 650-750 градусах, товщина оксидного шару менше або дорівнює 2 мкм, може бути безпосередньо видалено травленням. Основні параметри: Відхилення температури нагріву необхідно контролювати в межах ±10 градусів, щоб уникнути локального перегріву, що призводить до укрупнення зерна.
3. Проектування процесу прокатки
(1) Процес гарячої прокатки
• Початкова температура прокатки: 980-1020 градусів, кінцева температура прокатки більше або дорівнює 850 градусам;
• Зменшення за один прохід: зменшення за перший прохід Менше або дорівнює 15%, наступні проходи поступово збільшуються до 30%-40%;
• Контроль зерна: остаточна деформація завершується в фазовій області (менше або дорівнює 882 градусам), очищаючи зерно до класу ASTM 8-10;
• Контроль форми: гідравлічна система валків для згинання використовується для контролю залишкового напруження менше або дорівнює 50 МПа.
(2) Процес гарячої прокатки
• Діапазон температур: 600-700 градусів, використовуючи характеристики динамічної рекристалізації титану для покращення пластичності;
• Контроль оксидного шару: товщина оксидного шару після-прокатки менше або дорівнює 2 мкм, який можна видалити безпосередньо травленням;
• Планування проходу: зменшення за один прохід Менше або дорівнює 8%, загальна деформація Менше або дорівнює 30%, уникаючи розтріскування країв. Переваги: тепла прокатка дозволяє уникнути проміжного процесу відпалу, скорочуючи виробничий цикл більш ніж на 20%.
(3) Процес холодної прокатки
• Багатопрохідна конструкція: пластини товщиною 0,3-1,8 мм потрібно холодно прокатувати за 5-8 проходів, з контрольованим рівнем деформації 10%-15% за прохід;
• Проміжний відпал: вакуумний відпал (650 градусів /2 години) виконується, коли сукупна величина деформації досягає 30% для усунення деформаційного зміцнення;
• Якість поверхні: технологія змащування рулонного покриття використовується для зменшення дефектів подряпин. Обробка високолегованого матеріалу: Для сплавів типу +, таких як Ti-6Al-4V, величина деформації за один прохід повинна бути зменшена до 5%-8%, щоб запобігти розтріскуванню країв.
4. Оздоблення та до-обробка
• Процес маринування:
• Дво-метод: спочатку оксидний шар видаляють сумішшю 10% HF + 30%HNO₃ кислоти, а потім пасивують 5% лимонною кислотою;
• Екологічно чиста альтернатива: розробіть процес травлення-без фтору, щоб зменшити кількість фтористоводневої кислоти, що використовується більш ніж на 80%.
• Процес випрямлення: залишкове напруження усувається за допомогою десяти-валикового випрямляча, досягаючи прямолінійності менше або дорівнює 1 мм/м;
• Огляд поверхні: підшкірні дефекти виявляються за допомогою вихрострумового дефектоскопа, щоб переконатися у відсутності тріщин, включень та інших дефектів.
III. Напрямки оптимізації процесів і галузеві тенденції
1. Технологія Near-Net-Shape Forming: розробка технології точного прокату для зменшення припусків на обробку від традиційних 3 мм до 0,5 мм;
2. Інтелектуальне керування: запровадження технології цифрового подвійника для моніторингу сили кочення, температурного поля та інших параметрів у режимі реального часу, що забезпечує адаптивне регулювання процесу;
3. Зелене виробництво: просування процесів травлення-без фтору для зменшення ризиків забруднення навколишнього середовища;
4. Композитна обробка: вивчення технології лазерного-прокату композитного формування, щоб подолати обмеження кімнатної температури для формування титанових сплавів;
5. Надпластичне формування: досягнення надпластичності титанових сплавів при 850-950 градусах за допомогою контролю мікроструктури для комплексного формування складних конструкційних деталей.