تجزیه و تحلیل جامع فناوری پردازش پلاستیک برای ورق‌ها، نوارها و فویل‌های آلیاژ تیتانیوم

I. مبانی نظری و ویژگی های تکنولوژیکی پردازش پلاستیک آلیاژ تیتانیوم

1. اصول رایج پردازش پلاستیک فلز جوهر پردازش پلاستیک آلیاژ تیتانیوم استفاده از ظرفیت تغییر شکل پلاستیک فلزات جامد برای تغییر ریزساختار آنها از طریق نیروی خارجی و در نهایت به دست آوردن مواد تیتانیوم با شکل و خواص مطلوب است. این فرآیند از نظریه کلاسیک پردازش پلاستیک فلز پیروی می کند، از جمله:

• تنش{0}}رابطه کرنش: تنش جریان آلیاژهای تیتانیوم یک رابطه غیر خطی با دمای تغییر شکل و نرخ کرنش نشان می‌دهد.

• مکانیسم تبلور مجدد: تبلور مجدد دینامیک کلیدی برای تصفیه دانه ها و بهبود انعطاف پذیری است.

• اصطکاک و روانکاری: ضریب اصطکاک در هنگام نورد به طور مستقیم بر کیفیت شکل ورق تأثیر می گذارد. توافق فنی: پردازش آلیاژ تیتانیوم به تعادل بین دما، مقدار تغییر شکل و کنترل اکسیداسیون نیاز دارد تا از تولید دانه‌های درشت و عیوب سطحی جلوگیری شود.

2. چالش های منحصر به فرد آلیاژهای تیتانیوم در مقایسه با فلزات سنتی مانند فولاد، مس و آلومینیوم، دشواری پردازش آلیاژهای تیتانیوم در موارد زیر است:

• مقاومت در برابر تغییر شکل بالا: استحکام تسلیم تیتانیوم خالص سه برابر آلومینیوم است و سرعت کار سخت شدن آلیاژهای تیتانیوم (مانند GR5) تا دو برابر فولاد است.

• پنجره پلاستیکی باریک: تیتانیوم خالص در دمای اتاق دارای انعطاف پذیری ضعیفی است و برای به دست آوردن شکل پذیری خوب به نورد گرم در 200-450 درجه یا نورد گرم در بالای 800 درجه نیاز دارد.

• حساس به اکسیداسیون در دمای بالا: تیتانیوم به سرعت در بالای 600 درجه اکسید می شود و یک لایه اکسید سخت و شکننده (TiO2) تشکیل می دهد و دشواری پردازش بعدی را افزایش می دهد.

• تمایل شدید به جذب گازها: به راحتی عناصر بینابینی مانند هیدروژن و اکسیژن را در هنگام حرارت دادن یا ترشی جذب می کند که منجر به «تردی هیدروژنی» یا «تردی اکسیژن» می شود. مطالعه موردی: در تولید ورق فلزی هوافضا، یک خطا در کنترل دمای گرمایش منجر به ضخامت لایه اکسیدی بیش از حد شد که در نهایت باعث از بین رفتن کل دسته ورق فلز و در نتیجه ضرر چند میلیون یوان شد.

II. جریان فرآیند هسته برای تولید صفحه، نوار و فویل آلیاژ تیتانیوم

1. آماده سازی و پیش تصفیه

• انتخاب مواد خام: شمش‌های تیتانیوم با خلوص بالا{0} که با استفاده از فرآیندهای VAR (تصفیه قوس آرسنیک خلاء) یا EB (تصفیه پرتو الکترونی)، با محتوای ناخالصی کمتر یا مساوی 0.1% تهیه شده‌اند.

• عملیات سطحی: از بین بردن عیوب سطحی (مانند ترک ها و آخال ها) از شمش با سندبلاست یا چرخاندن برای جلوگیری از انتشار ترک در طول پردازش.

• کنترل ابعادی: طراحی ضخامت دال با توجه به مشخصات محصول نهایی. ضخامت دال گرم-نوردیده شده معمولاً 150-300 میلی متر است. الزامات استاندارد: زبری سطح دال Ra کمتر یا مساوی 3.2μm برای اطمینان از ثبات نورد بعدی.

2. کنترل فرآیند گرمایش

• گرمایش نورد گرم:

• روش گرمایش قطعه بندی شده: ابتدا تا 600 درجه با سرعت کمتر یا مساوی 50 درجه در ساعت گرم کنید، 2 ساعت نگه دارید، سپس به سرعت تا 950-1050 درجه (+ ناحیه فاز) گرم کنید.

• حفاظت از جو: برای کاهش سرعت اکسیداسیون، گاز آرگون را وارد کنید یا از گرمایش خلاء در کوره گرمایش الکتریکی استفاده کنید.

• یکنواختی دما: با دماسنج مادون قرمز در زمان واقعی نظارت کنید، انحراف دما کمتر یا مساوی ± 10 درجه.

• گرمایش نورد گرم: کنترل شده در 650-750 درجه، ضخامت لایه اکسید کمتر یا مساوی 2μm، می تواند مستقیماً با ترشی حذف شود. پارامترهای کلیدی: انحراف دمای گرمایش باید در 10± درجه کنترل شود تا از گرمای بیش از حد موضعی منجر به درشت شدن دانه جلوگیری شود.

3. طراحی فرآیند نورد

(1) فرآیند نورد گرم

• دمای نورد اولیه: 980-1020 درجه، دمای نورد نهایی بیشتر یا برابر با 850 درجه.

• کاهش در هر پاس: کاهش پاس اول کمتر یا مساوی 15%، پاس های بعدی به تدریج به 30%-40% افزایش می یابد.

• کنترل دانه: تغییر شکل گذر نهایی در ناحیه فاز (کمتر یا مساوی 882 درجه) تکمیل می شود و دانه را به درجه ASTM 8-10 تصفیه می کند.

• کنترل شکل: سیستم رول خمشی هیدرولیک برای کنترل تنش پسماند کمتر یا مساوی 50 مگاپاسکال استفاده می شود.

(2) فرآیند نورد گرم

• محدوده دما: 600-700 درجه، با استفاده از ویژگی های تبلور مجدد دینامیک تیتانیوم برای بهبود انعطاف پذیری.

• کنترل لایه اکسید: پس از{0}}ضخامت لایه اکسیدی نورد کمتر از یا مساوی 2μm، که می‌تواند مستقیماً با ترشی حذف شود.

• برنامه ریزی پاس: کاهش تک پاس کمتر یا مساوی 8 درصد، تغییر شکل کل کمتر یا مساوی 30 درصد، اجتناب از ترک خوردن لبه. مزایا: نورد گرم می تواند فرآیند بازپخت میانی را حذف کند و چرخه تولید را بیش از 20٪ کوتاه کند.

(3) فرآیند نورد سرد

• طراحی چند پاس: صفحات نازک 0.3-1.8 میلی متر باید در 5-8 پاس به صورت سرد نورد شوند، با مقدار تغییر شکل در هر پاس 10%-15% کنترل می شود.

• بازپخت میانی: بازپخت خلاء (650 درجه / 2 ساعت) زمانی انجام می شود که مقدار تغییر شکل تجمعی به 30٪ برسد تا سختی کار حذف شود.

• کیفیت سطح: تکنولوژی روغن کاری رول روکش برای کاهش عیوب خراش پذیرفته شده است. درمان مواد آلیاژی بالا: برای آلیاژهای نوع + مانند Ti-6Al-4V، مقدار تغییر شکل در هر پاس باید به 5-8٪ کاهش یابد تا از ترک خوردن لبه جلوگیری شود.

4. تکمیل و ارسال-درمان

• فرآیند ترشی:

• روش دو مرحله ای: ابتدا لایه اکسید با مخلوطی از 10%HF + 30%HNO3 اسید حذف می شود و سپس با اسید سیتریک 5% غیرفعال می شود.

• جایگزین سازگار با محیط زیست: یک فرآیند ترشی بدون فلوئور{0}}برای کاهش مقدار اسید هیدروفلوئوریک مصرفی تا بیش از ۸۰٪ ایجاد کنید.

• فرآیند صاف کردن: تنش باقیمانده با استفاده از یک صاف کننده ده رولی حذف می شود و صافی کمتر یا مساوی 1 میلی متر بر متر به دست می آید.
• بازرسی سطحی: عیوب زیر جلدی با استفاده از آشکارساز عیب جریان گردابی شناسایی می شوند تا از عدم وجود ترک، آخال و سایر عیوب اطمینان حاصل شود.

III. جهت گیری های بهینه سازی فرآیند و روندهای صنعت
1. نزدیک-شبکه-تکنولوژی شکل‌دهی شکل: توسعه فناوری نورد دقیق برای کاهش هزینه‌های ماشینکاری از 3 میلی‌متر سنتی به 0.5 میلی‌متر.
2. کنترل هوشمند: معرفی فناوری دوقلو دیجیتال برای نظارت بر نیروی نورد، میدان دما و سایر پارامترها در زمان واقعی، امکان تنظیم فرآیند تطبیقی ​​را فراهم می کند.
3. تولید سبز: ترویج فرآیندهای ترشی بدون فلوئور-برای کاهش خطرات آلودگی محیط زیست.
4. پردازش کامپوزیت: کاوش در فناوری شکل‌دهی کامپوزیت نورد لیزری{1} برای شکستن محدودیت‌های تشکیل دمای اتاق آلیاژهای تیتانیوم.
5. Superplastic Forming: دستیابی به فوق پلاستیسیته آلیاژهای تیتانیوم در 850-950 درجه از طریق کنترل ریزساختار برای شکل دهی یکپارچه قطعات ساختاری پیچیده.