I. Stopy tytanu są szeroko stosowane w przemyśle lotniczym, medycznym i innych ze względu na ich wysoką wytrzymałość właściwą i odporność na korozję. Jednak ich wysoka reaktywność chemiczna sprawia, że są podatne na reakcję z tlenem i azotem podczas-ogrzewania w wysokiej temperaturze, tworząc kruchą warstwę tlenku, co prowadzi do zmniejszenia plastyczności materiału i zwiększenia naddatku na obróbkę. Osiągnięcie minimalnego utleniania lub jego braku podczas procesu nagrzewania kęsów do kucia stopu tytanu stało się kluczowym wyzwaniem technicznym mającym na celu poprawę wykorzystania materiału i zmniejszenie kosztów produkcji. W drodze systematycznych badań eksperymentalnych badaliśmy metody kontrolowania utleniania powierzchni odkuwek ze stopów tytanu.
II. Materiały i metody eksperymentalne Jako główny obiekt badań wybrano wytłaczane kęsy ze stopu tytanu BT3-1, przy jednoczesnym porównaniu zmian wydajności płytek ze stopu BT20, OT4-1 i rur ze stopu PT7M. Wszystkie próbki zostały polerowane mechanicznie, a następnie wygrzane w piecu elektrycznym do temperatury 950°-980° (zbliżonej do temperatury przemiany alotropowej stopów tytanu), z kontrolowanym czasem utrzymywania w granicach 1 godziny. Zmienne eksperymentalne obejmowały: obróbkę przed utlenianiem, powłokę ochronną emalii szklanej, rodzaj czynnika grzewczego (zwykły piec elektryczny/warstwa pseudoupłynniająca sypkiego materiału) oraz metodę obróbki powierzchni po kuciu (piaskowanie).
III. Kluczowe technologie kontroli utleniania powierzchni
1. Proces obróbki-przed utlenianiem:
Eksperymenty pokazują, że na powierzchni nieobrobionych kęsów znajduje się warstwa tlenku-rybiej łuski, natomiast gładkość powierzchni-wstępnie utlenionych kęsów jest znacznie poprawiona. Wstępna-obróbka utleniająca poprzez utworzenie jednolitej i gęstej warstwy tlenku na powierzchni kęsa skutecznie hamuje głębokie utlenianie podczas późniejszego ogrzewania. Co więcej, przyczepność powłoki emalii szklanej do-wstępnie utlenionej powierzchni kęsa jest zmniejszona, dzięki czemu późniejsze usuwanie jest o ponad 30% łatwiejsze i znacznie poprawia wydajność produkcji.
2. Technologia powłok ochronnych z emalii szklanej:
Nałożenie powłoki emalii szklanej na obróbkę-przed utlenianiem może jeszcze bardziej zmniejszyć szybkość utleniania podczas ogrzewania. Powłoka ta zmniejsza kontakt kęsa z gazami utleniającymi poprzez fizyczną izolację. Dane eksperymentalne pokazują, że ochrona powłokowa może zmniejszyć grubość warstwy tlenku na powierzchni kęsa o 50–70%. Warto zauważyć, że synergiczne działanie powłoki i warstwy-przed{6}oksydacyjnej może poprawić plastyczność powierzchni kęsa, zwiększając wydłużenie kutych próbek o 15–20%.
3. Technologia optymalizacji czynnika grzewczego:
(1) Sterowanie ogrzewaniem w zwykłym piecu elektrycznym: Podczas ogrzewania w konwencjonalnym piecu elektrycznym temperatura jest ściśle kontrolowana powyżej temperatury przemiany alotropowej, a czas utrzymywania jest mniejszy lub równy 1 godzinie, aby uniknąć oczywistej absorpcji gazu na powierzchni. Utworzoną warstwę tlenku można skutecznie usunąć poprzez piaskowanie, a stopień ubytku materiału jest kontrolowany w granicach 5%. (2) Technologia ogrzewania pseudo-warstwy upłynniającej sypki materiał: technologia ta podgrzewa kęs poprzez zakopywanie go w warstwie pseudo-upłynniającej składającej się z granulowanych mediów (takich jak proszek tlenku glinu) i wykorzystuje intensywny ruch względny pomiędzy cząstkami mediów w celu poprawy wymiany ciepła. Eksperymenty pokazują, że jego wydajność wymiany ciepła jest o 1,5 rzęda wielkości wyższa niż w piecu z wymuszoną konwekcją, zbliżając się do poziomu pieca ze stopioną solą. Dzięki tej technologii można uzyskać szybkie i równomierne nagrzewanie wlewka, skracając czas nagrzewania od 40% do 60%, a jednocześnie znacznie zmniejszając skłonność do utleniania poprzez efekt izolacyjny medium, zmniejszając grubość powierzchniowej warstwy tlenku o ponad 80%.
Przykład zastosowania: Zastosowaliśmy wzmocnienie dyspersyjne Y₂O₃ + powłokę termodyfuzyjną na tarczach turbin ze stopu tytanu-niobu, co zwiększyło wytrzymałość na pełzanie w temperaturze 650 stopni o 35% i zmniejszyło szybkość pełzania do 1×10⁻⁸/s.
IV. Optymalizacja procesu obróbki powierzchni:
Piaskowanie po kuciu matrycowym jest kluczowym krokiem w poprawie wydajności odkuwek. Konwencjonalne piaskowanie może usunąć powierzchniową warstwę tlenków i warstwę-pochłaniającą gaz, zmniejszając wartość Ra chropowatości powierzchni poniżej 3,2 μm, jednocześnie poprawiając plastyczność poprzez wzmocnienie powierzchni. W przypadku półfabrykatów z powłokami emalii szklanej ciśnienie piaskowania należy kontrolować w zakresie 0,3–0,5 MPa, aby uniknąć nadmiernego uszkodzenia materiału podłoża.
V. Wnioski:
1. Synergistyczne zastosowanie obróbki wstępnej-utleniania i powlekania emalią szklaną może stworzyć dwu-warstwowy system ochrony obejmujący „aktywną kontrolę utleniania + pasywną ochronę izolacji”, znacznie poprawiający jakość powierzchni odkuwek ze stopu tytanu.
2. Technologia ogrzewania pseudo{1}}warstwy upłynniającej materiały sypkie osiąga podwójny cel: efektywną kontrolę nagrzewania i utleniania poprzez optymalizację mechanizmu wymiany ciepła, dzięki czemu jest szczególnie odpowiednia do masowej produkcji odkuwek o skomplikowanych-kształtach.
3. Precyzyjna kontrola parametrów procesu (temperatura, czas, ciśnienie piaskowania itp.) jest kluczowa dla zapewnienia kompleksowego wykonania odkuwek ze stopów tytanu; należy ustalić znormalizowane specyfikacje procesu zgodnie z określonymi gatunkami stopów.
Kontrolowanie utleniania powierzchni odkuwek ze stopów tytanu to zasadniczo kompleksowy projekt inżynierii systemowej integrujący „proces, środowisko i-obróbkę końcową”.
Dzięki wsparciu lokalnego przemysłu w Baoji kucie próżniowe + ochrona przed gazem obojętnym + trawienie i pasywacja stały się głównymi rozwiązaniami, a powlekanie w wysokiej-temperaturze i sterowanie cyfrowe prowadzą je do celu, jakim jest „zero utleniania”.
W przypadku-najnowocześniejszych dziedzin, takich jak lotnictwo i energia jądrowa, kucie próżniowe + powlekanie PVD to najlepsza droga do osiągnięcia „zerowego poziomu utleniania”-.
