Els aliatges de titani s’utilitzen àmpliament en aeroespacial, dispositius mèdics i de fabricació d’equips finals alts - a causa de la seva alta resistència específica, una excel·lent resistència a la corrosió i una bona biocompatibilitat. Tanmateix, el procés d’extrusió calenta debarres d’aliatge de titaniS'enfronta a nombrosos reptes, amb una complexitat significativament més elevada en comparació amb els aliatges d'alumini, coure i acer. A partir de la dinàmica de fluxos de metalls i de les pràctiques industrials, aquest article analitza sistemàticament els problemes i les contra -mesures clau en el procés d’extrusió calenta dels aliatges de titani.
一, Anàlisi de dificultats i mecanismes del procés
1. Diferència de temperatura Estrès a causa de la baixa conductivitat tèrmica
Aliatge de titaniTé una conductivitat tèrmica baixa (aproximadament 6,7 W/(M · K)), que és només 1/3 d’aliatge d’alumini i 1/5 d’acer. Durant el procés d’extrusió en calent, si la temperatura del cilindre d’extrusió és de 400 graus, la diferència de temperatura entre la capa superficial i el nucli de la factura pot arribar a 200-250 graus. Aquest gradient significatiu resulta en:
El metall de superfície forma una "closca dura" amb alta resistència i baixa plasticitat a causa del refredament ràpid.
El metall nucli manté un estat d’alta temperatura i alta plasticitat;
La deformació de les capes interiors i exteriors no està coordinada, donant lloc a una tensió de tracció addicional, que és la causa principal de les esquerdes superficials.
Segons les estadístiques, la taxa de crack de superfície de les barres d’aliatge de titani no optimitzades és fins al 35%, mentre que els productes d’alumnes d’alumini similars solen ser inferiors al 5%.
2. Sensibilitat del canvi de fase i inhomogeneïtat del flux
La temperatura de transició + / fase deAliatge de titaniafecta significativament el comportament del flux del material:
Extrusió a l’àrea de fase (per sobre del punt de transició de fase): bona fluïdesa, però propensa a defectes superficials com la pell de taronja;
Extrusió a la regió de fase + (per sota del punt de canvi de fase): el metall mostra un flux en capes i la diferència en el cabal del centre de la superfície pot arribar al 20%al 30%, donant lloc a una flexió excessiva.
A la indústria, la temperatura de calefacció sol controlar -se al mig de la zona de fase + (per exemple, 920–950 graus per als aliatges TC4) per equilibrar la qualitat de la superfície i la uniformitat de flux.
3. Mold - reacció de la interfície i desgast
A una temperatura alta de 980-1030 graus,Aliatges de titanisón propensos a reaccions eutèctiques amb ferro - basat o níquel - basat en materials de motlle, formant fases de punt de fusió baixos com TIFE i TINI, donant lloc a un desgast d’adhesió de motlle i pelar. Sense el procés de lubricació, la vida del motlle és de només 200-300 peces; Després d’utilitzar lubricant de vidre, es pot aixecar a més de 1500 peces.
Les funcions bàsiques dels lubricants inclouen:
Aïllament de temperatura alta: formeu una pel·lícula líquida per sobre dels 800 graus per bloquejar el contacte directe;
Reducció de fricció i reducció d’arrossegament: redueix el coeficient de fricció de 0,8 a 0,1–0,2;
Inhibició de l’oxidació: controleu el gruix de la capa d’òxid a la superfície per evitar defectes causats per l’incrustació de l’escala d’òxid a la matriu.
2, Estratègia d’optimització de processos i control de flux
1. Optimització dels mètodes d'extrusió i de les condicions de fricció
Extrusió inversa: la uniformitat del flux metàl·lic s’incrementa un 40% en comparació amb l’extrusió cap endavant i la “zona morta” es redueix perquè la fricció és coherent amb la direcció d’extrusió.
Extrusió en fred: adequat per a barres de petit diàmetre, la uniformitat de flux és millor que l’extrusió calenta i la desviació estàndard del cabal es redueix un 25%;
Lubricació composta: utilitzant el lubricant basat en grafit + oli -, el coeficient de desnivell de flux es pot reduir de 0,35 a 0,18.
2. Control coordinat de velocitat i temperatura
L’augment de la velocitat d’extrusió (com ara 1 → 5 mm/s) augmentarà la diferència de cabal en 3 vegades, que cal compensar -la per la regulació de velocitat dinàmica.
Es va controlar la temperatura de preescalfament del cilindre d'extrusió i la matriu (fins a 400-450 graus i 350-400 graus) es va controlar per fer la diferència de temperatura entre la cara final del billet inferior o igual a 50 graus i la uniformitat del cabal va augmentar un 15%.
3. Disseny de l'estructura de motlles
L’angle de con del motlle es redueix de 120 a 90 graus, cosa que pot reduir el coeficient de desnivell de flux un 18%.
S'adopta la disposició del motlle porós asimètric de "forat central gran i petit forat perifèric", cosa que augmenta el cabal perifèric un 12% i fa que l'equilibri global sigui més equilibrat.
La deformació total es controla al 60% al 70% per evitar l'estancament o la esquerda a causa de la insuficiència (<40%) or excessive (>80%).
3, Cas típic: TC4Aliatge de titaniOptimització del procés d’extrusió de barres
Una empresa va reduir la taxa de fissura superficial de la barra TC4 del 28% a menys del 3% a través de les següents mesures completes:
Sistema de calefacció: tres - escalfament en fase (600 graus → 850 graus → 930 graus), el temps de conservació de la calor es calcula segons el diàmetre de 1,5 minuts per mil·límetre;
Esquema de lubricació: el lubricant de vidre de 0,2 mm està recobert a la superfície de la factura i el recobriment de nitrur de bor es ruixa al motlle;
Velocitat - Enllaç de temperatura: la velocitat d'extrusió inicial és d'1 mm/s, la velocitat s'incrementa a 3 mm/s quan la cua en blanc entra a la zona de deformació i la temperatura del cilindre d'extrusió augmenta de 400 a 420 graus;
Disseny de motlles: angle de con de 100 graus i matrius asimètrics de 6 forats, el diàmetre del forat central és un 15% més gran que la perifèria.
La qualitat del producte optimitzat es millora significativament: la rectitud va augmentar de 3 mm/m a 1 mm/m, i la rugositat superficial Ra inferior o igual a 0,8 μm d’acord amb els estàndards aeroespacials.
4, direcció de desenvolupament futur
1. Control de processos intel·ligent
La tecnologia bessona digital s’introdueix per predir l’estat de flux metàl·lic mitjançant la simulació de temps real - i ajusta dinàmicament els paràmetres del procés.
2. Innovació de material de motlle
Hem desenvolupat motlles compostos de gradient amb una superfície d’aliatge basada en cobalt -Aliatge de titaniCore, tenint en compte la resistència al desgast a temperatura i lleuger estructural.
3. Extrusió assistida per ultrasons -
L'ús de la vibració de freqüència alta - per reduir l'estrès de flux redueix la força d'extrusió en un 20%-30%, millorant encara més la qualitat i l'eficiència del modelat.
Barra d’aliatge de titaniL’extrusió en calent és un típic "temperatura - Stress - Flow" Multi - procés d'acoblament de camp. Controlant amb precisió la temperatura de transició de fase, optimitzant la interfície de lubricació, innovant l’estructura del motlle i introduint mètodes de control intel·ligent, pot resoldre efectivament problemes de coll d’ampolla com ara esquerdes i corbes, i promoure el desenvolupament de - Materials de titani final Fabricació a escala -. Amb la profunda integració del genoma material i la intel·ligència industrial, el procés d’extrusió calenta d’aliatge de titani es dirigeix cap a una nova etapa de “personalització i defectes zero.