Титановые сплавы широко используются в аэрокосмической, медицинских устройствах и высоком производстве- конечного оборудования из -за их высокой удельной прочности, превосходной коррозионной стойкости и хорошей биосовместимости. Однако процесс горячей экструзииТитановые сплавные батончикисталкивается с многочисленными проблемами, со значительно более высокой сложностью по сравнению с алюминиевыми, медными и стальными сплавами. Основываясь на динамике металла и промышленных практиках, в этой статье систематически анализируется ключевые проблемы и контрмеры в процессе горячей экструзии титановых сплавов.
一 Анализ трудностей и механизмов процесса
1. Напряжение разности температур из -за низкой теплопроводности
Титановый сплавимеет низкую теплопроводность (около 6,7 Вт/(м · к)), которая составляет только 1/3 алюминиевого сплава и 1/5 стали. Во время процесса горячей экструзии, если температура экструзионного цилиндра составляет 400 градусов, разница температур между поверхностным слоем и ядром заготовки может достигать 200–250 градусов. Этот значительный градиент приводит к:
Поверхностный металл образует «твердую оболочку» с высокой прочностью и низкой пластичностью из -за быстрого охлаждения.
Сердечный металл поддерживает высокую температуру и высокую пластичность;
Деформация внутренних и внешних слоев является несогласованной, что приводит к дополнительному растягиванию, что является основной причиной поверхностных трещин.
Согласно статистике, скорость нептимизированных сплавов титановых сплавов на поверхности достигает 35%, в то время как аналогичные продукты алюминиевого сплава обычно составляют менее 5%.
2. Чувствительность к изменению фазы и неоднородность потока
Температура + / фазового переходаТитановый сплавзначительно влияет на поведение потока материала:
Экструзия в области фазы (над точкой фазового перехода): хорошая текучесть, но склонна к поверхностным дефектам, таким как апельсиновая кожура;
Экструзия в области + фазы (ниже точки изменения фазы): металл показывает многослойный поток, а разница в скорости потока поверхностного центра может достигать 20-30%, что приводит к чрезмерному изгибу.
В промышленности температура нагрева обычно контролируется в середине + фазовой зоны (например, 920–950 градусов для сплавов TC4), чтобы сбалансировать качество поверхности и однородность потока.
3. плесень - Реакция и износ интерфейса заготовки
При высокой температуре 980–1030 градусов,Титановые сплавысклонны к эвтектической реакции с железом - на основе или никеля - материалов плесени, образуя низкую фазы температуры плавления, такие как тишина и TINI, что приводит к износу адгезии плесени и очистке. Без процесса смазки жизнь плесени составляет всего 200–300 штук; После использования стеклянной смазки его можно поднять на более чем 1500 штук.
Основные функции смазочных материалов включают:
Высокая температурная изоляция: сформируйте жидкую пленку выше 800 градусов, чтобы блокировать прямой контакт;
Снижение трения и снижение сопротивления: уменьшить коэффициент трения с 0,8 до 0,1–0,2;
Ингибирование окисления: контролируйте толщину оксидного слоя на поверхности, чтобы избежать дефектов, вызванных внедрением шкалы оксида в матрицу.
2, Стратегия оптимизации процессов и управления потоком
1. Оптимизация методов экструзии и условий трения
Обратная экструзия: однородность потока металла увеличивается на 40% по сравнению с прямой экструзией, а «мертвая зона» уменьшается, потому что трение согласуется с направлением экструзии.
Холодная экструзия: подходит для стержней малого диаметра, однородность потока лучше, чем горячая экструзия, а стандартное отклонение расхода уменьшается на 25%;
Композитная смазка: с использованием смазки на основе графита + масло - коэффициент неравномерности потока может быть уменьшен с 0,35 до 0,18.
2. Контроль скорости и температуры контроль
Увеличение скорости экструзии (например, 1 → 5 мм/с) увеличит разницу в скоростях потока в 3 раза, что должно быть компенсировано динамической регуляцией скорости.
Температура предварительного нагрева экструзионного цилиндра и матрица (до 400–450 градусов и 350–400 градусов соответственно) контролировалась для того, чтобы разница в температуре между конечной поверхностью заготовки менее или равным 50 градусам, а однородность скорости потока увеличилась на 15%.
3. Конструкция конструкции пресс -формы
Угол конуса формы уменьшается с 120 градусов до 90 градусов, что может снизить коэффициент неравномерности потока на 18%.
Применяется асимметричная пористая компоновка плесени «большого центрального отверстия и небольшого периферического отверстия», которое увеличивает скорость периферического потока на 12% и делает общий баланс более сбалансированным.
Общая деформация контролируется на уровне 60–70%, чтобы избежать стагнации или растрескивания из -за недостаточного (<40%) or excessive (>80%).
3, типичный случай: TC4Титановый сплавОптимизация процесса экструзии стержня
Предприятие снизило скорость трещин поверхности в баре TC4 с 28% до менее 3% за счет следующих комплексных мер:
Система отопления: три - Стадии нагрева (600 градусов → 850 градусов → 930 градусов), время сохранения тепла рассчитывается в соответствии с диаметром 1,5 минуты на миллиметр;
Схема смазки: стеклянная смазка 0,2 мм покрывается на поверхности заготовки, а покрытие нитрида бора распыляется в форме;
Скорость - Температура: начальная скорость экструзии составляет 1 мм/с, скорость увеличивается до 3 мм/с, когда пустой хвост попадает в зону деформации, а температура экструзионного цилиндра увеличивается с 400 градусов до 420 градусов;
Конструкция плесени: угол конуса 100 градусов и асимметричная 6-луночная матрица, диаметр центрального отверстия на 15% больше, чем периферия.
Оптимизированное качество продукта значительно улучшается: прямая, увеличивалась с 3 мм/м до 1 мм/м, а шероховатость поверхности меньше или равна 0,8 мкм в соответствии с аэрокосмическими стандартами.
4, Будущее направление развития
1. Интеллектуальный управление процессом
Цифровая технология Twin вводится для прогнозирования состояния металлического потока через реальное моделирование времени- и динамически регулировать параметры процесса.
2. Инновация в области формы
Мы разработали композитные формы градиента с кобальтом - на основе поверхности сплава иТитановый сплавЯдро с учетом высокотемпературной износостойкости и легкого веса.
3. Ultrasound - вспомогательная экструзия
Ожидается, что использование высокой - частотной вибрации для уменьшения напряжения потока уменьшит силу экструзии на 20%-30%, что еще больше улучшит качество и эффективность литья.
Титановый сплав БарГорячая экструзия - это типичная "температура - напряжение - flow" multi - процесс сочетания поля. Точно контролируя температуру фазового перехода, оптимизируя интерфейс раздела смазки, инновации в структуре плесени и внедряя интеллектуальные методы управления, он может эффективно решать проблемы с узким местом, такие как трещины и изгибы, и способствовать развитию высокого- end titanium material Производство. Благодаря глубокой интеграции материального генома и промышленного интеллекта процесс горячей экструзии титанового сплава движется к новой стадии «настройки и нулевых дефектов.