I. Titanlegeringer er mye brukt i romfart, medisinsk og andre felt på grunn av deres høye spesifikke styrke og korrosjonsbestandighet. Imidlertid gjør deres høye kjemiske reaktivitet dem tilbøyelige til å reagere med oksygen og nitrogen under høy-temperaturoppvarming for å danne et sprøtt oksidlag, noe som fører til redusert materialplastisitet og økt maskineringstilskudd. Å oppnå minimal eller ingen oksidasjon under oppvarmingsprosessen av titanlegeringssmiing har blitt en sentral teknisk utfordring for å forbedre materialutnyttelsen og redusere produksjonskostnadene. Vi utforsket metoder for å kontrollere overflateoksidasjon av titanlegeringssmiinger gjennom systematisk eksperimentell forskning.
II. Eksperimentelle materialer og metoder BT3-1 ekstruderte emner av titanlegering ble valgt som hovedforskningsobjekt, med samtidige sammenligninger av ytelsesendringene til BT20, OT4-1 legeringsplater og PT7M legeringsrør. Alle prøvene ble mekanisk polert og deretter oppvarmet i en elektrisk ovn til 950 grader -980 grader (nær den allotropiske transformasjonstemperaturen til titanlegeringer), med en holdetid kontrollert innen 1 time. Eksperimentelle variabler inkluderte: pre-oksidasjonsbehandling, glassemaljebeskyttende belegg, varmemediumtype (vanlig elektrisk ovn/løst materiale pseudo-likvefaksjonslag), og ettersmiingsmetode for overflatebehandling (sandblåsing).
III. Nøkkelteknologier for overflateoksidasjonskontroll
1. Pre-oksidasjonsbehandlingsprosess:
Eksperimenter viser at overflaten til ubehandlede bolter viser et oksidlag av fisk-, mens overflateglattheten til pre-oksiderte emner er betydelig forbedret. Pre-oksidasjonsbehandling, ved å danne en jevn og tett oksidfilm på emneoverflaten, hemmer effektivt dyp oksidasjon under etterfølgende oppvarming. Videre reduseres adhesjonen til glassemaljebelegget på den pre-oksiderte emneoverflaten, noe som gjør etterfølgende fjerning mer enn 30 % enklere og forbedrer produksjonseffektiviteten betydelig.
2. Teknologi for beskyttelsesbelegg av glassemalje:
Å påføre et glassemaljebelegg på toppen av for-oksidasjonsbehandlingen kan redusere oksidasjonshastigheten ytterligere under oppvarming. Dette belegget reduserer kontakten mellom emnet og oksiderende gasser gjennom fysisk isolasjon. Eksperimentelle data viser at beleggbeskyttelse kan redusere oksidlagets tykkelse på emneoverflaten med 50–70 %. Spesielt kan den synergistiske effekten av belegget og pre-oksidasjonslaget forbedre overflateplastisiteten til emnet, og øke forlengelsen av de smidde prøvene med 15 %–20 %.
3. Optimaliseringsteknologi for varmemedium:
(1) Vanlig elektrisk ovnsvarmekontroll: Ved oppvarming i en konvensjonell elektrisk ovn kontrolleres temperaturen strengt over den allotropiske transformasjonstemperaturen og holdetiden er mindre enn eller lik 1 time for å unngå åpenbar gassabsorpsjon på overflaten. Det dannede oksidlaget kan effektivt fjernes ved sandblåsing, og materialtapet kontrolleres innen 5%. (2) Løsmateriale pseudo-væskelagsoppvarmingsteknologi: Denne teknologien varmer opp emnet ved å begrave det i et pseudo-likvefaksjonslag som består av granulært medium (som aluminapulver), og bruker den intense relative bevegelsen mellom mediepartiklene for å forbedre varmevekslingen. Eksperimenter viser at dens varmeoverføringseffektivitet er 1,5 størrelsesordener høyere enn for en tvungen konveksjonsovn, og nærmer seg nivået til en smeltet saltovn. Denne teknologien kan oppnå rask og jevn oppvarming av emnet, forkorte oppvarmingstiden med 40% til 60%, og samtidig redusere oksidasjonstendensen betydelig gjennom isolasjonseffekten til mediet, og redusere tykkelsen på overflateoksidlaget med mer enn 80%.
Applikasjonstilfelle: Vi brukte Y₂O₃-dispersjonsforsterkning + termisk diffusjonsbelegg på titan-nioblegeringsturbinskiver, som økte krypestyrken ved 650 grader med 35 % og reduserte krypehastigheten til 1×10⁻⁸/s.
IV. Optimalisering av overflatebehandlingsprosessen:
Sandblåsing etter smiing er et nøkkeltrinn for å forbedre ytelsen til smiing. Konvensjonell sandblåsing kan fjerne overflateoksidlaget og det gassabsorberende laget-, redusere overflateruheten Ra-verdien til under 3,2μm, samtidig som plastisiteten forbedres gjennom overflateforsterkning. For emner med glassemaljebelegg må sandblåsingstrykket kontrolleres innenfor området 0,3–0,5 MPa for å unngå for stor skade på grunnmaterialet.
V. Konklusjoner:
1. Den synergistiske påføringen av for-oksidasjonsbehandling og glassemaljebelegg kan konstruere et dobbel--lagsbeskyttelsessystem med "aktiv oksidasjonskontroll + passiv isolasjonsbeskyttelse", som betydelig forbedrer overflatekvaliteten til titanlegeringssmiinger.
2. Pseudo-oppvarmingsteknologien for løsmateriale oppnår de doble målene om effektiv oppvarming og oksidasjonskontroll ved å optimalisere varmeoverføringsmekanismen, noe som gjør den spesielt egnet for masseproduksjon av komplekse-formede smidninger.
3. Nøyaktig kontroll av prosessparametere (temperatur, tid, sandblåsingstrykk, etc.) er avgjørende for å sikre den omfattende ytelsen til titanlegeringssmiding; standardiserte prosessspesifikasjoner må etableres i henhold til spesifikke legeringskvaliteter.
Kontroll av overflateoksidasjon av smi av titanlegeringer er i hovedsak et omfattende systemutviklingsprosjekt som integrerer «prosess, miljø og etter-behandling».
Med støtte fra lokale industrier i Baoji, har vakuumsmiing + beskyttelse mot inertgass + beising og passivering blitt den vanlige løsningen, mens høy-temperaturbelegg og digital kontroll driver den mot målet om "null oksidasjon."
For avanserte felter som romfart og kjernekraft er vakuumsmiing + PVD-belegg den ultimate veien for å oppnå «service-nulloksidasjon».
