I. Teoretisk grunnlag og teknologiske kjennetegn ved plastbehandling av titanlegering
1. Vanlige prinsipper for metallplastbehandling Essensen av titanlegeringsplastikk er å utnytte den plastiske deformasjonskapasiteten til faste metaller til å endre mikrostrukturen deres gjennom ytre kraft, og til slutt oppnå titanmaterialer med ønsket form og egenskaper. Denne prosessen følger den klassiske teorien om metallplastbehandling, inkludert:
• Spennings-tøyningsforhold: Strømningsspenningen til titanlegeringer viser en ikke-lineær sammenheng med deformasjonstemperatur og tøyningshastighet;
• Rekrystalliseringsmekanisme: Dynamisk rekrystallisering er nøkkelen til å foredle korn og forbedre plastisiteten;
• Friksjon og smøring: Friksjonskoeffisienten under rulling påvirker direkte kvaliteten på arkformen. Teknisk konsensus: Titanlegeringsbehandling krever en balanse mellom temperatur, deformasjonsmengde og oksidasjonskontroll for å unngå generering av grove korn og overflatedefekter.
2. Unike utfordringer med titanlegeringer Sammenlignet med tradisjonelle metaller som stål, kobber og aluminium, ligger bearbeidingsvanskeligheten til titanlegeringer i:
• Høy deformasjonsmotstand: Flytegrensen til rent titan er tre ganger høyere enn for aluminium, og arbeidsherdehastigheten til titanlegeringer (som GR5) er opptil det dobbelte av stål;
• Smalt plastisitetsvindu: Rent titan har dårlig plastisitet ved romtemperatur og krever varmvalsing ved 200-450 grader eller varmvalsing ved over 800 grader for å oppnå god formbarhet;
• Følsom for høy-temperaturoksidasjon: Titan oksiderer raskt over 600 grader, og danner et hardt og sprøtt oksidlag (TiO₂), noe som øker vanskeligheten med påfølgende prosessering;
• Sterk tendens til å absorbere gasser: Den absorberer lett interstitielle elementer som hydrogen og oksygen under oppvarming eller beising, noe som fører til "hydrogenskjørhet" eller "oksygenskjørhet". Kasusstudie: Ved produksjon av romfartsplater resulterte en feil i oppvarmingstemperaturkontrollen i en for stor oksidlagtykkelse, noe som til slutt førte til at hele partiet med metallplater ble skrotet, noe som resulterte i tap på flere millioner yuan.
II. Kjerneprosessstrøm for titanlegeringsplater, strips og folieproduksjon
1. Plateforberedelse og forbehandling
• Råmaterialevalg: titanblokker med høy-renhet fremstilt ved bruk av VAR (Vacuum Arsenic Arc Refining) eller EB (Electron Beam Refining) prosesser, med urenheter mindre enn eller lik 0,1 %;
• Overflatebehandling: Fjerning av overflatedefekter (som sprekker og inneslutninger) fra barren ved å sandblåse eller dreie for å forhindre sprekkforplantning under bearbeiding;
• Dimensjonskontroll: Utforming av platetykkelsen i henhold til spesifikasjonene for det ferdige produktet; varmvalset platetykkelse er vanligvis 150–300 mm. Standardkrav: Platens overflateruhet Ra Mindre enn eller lik 3,2μm for å sikre påfølgende rullestabilitet.
2. Oppvarmingsprosesskontroll
• Varmt rullende oppvarming:
• Segmentert oppvarmingsmetode: Varm først opp til 600 grader med en hastighet på mindre enn eller lik 50 grader/t, hold i 2 timer, og varm deretter raskt opp til 950-1050 grader (+ faseområde);
• Atmosfærebeskyttelse: Introduser argongass eller bruk vakuumoppvarming i den elektriske varmeovnen for å redusere oksidasjonshastigheten;
• Temperaturuniformitet: Overvåk i sanntid med et infrarødt termometer, temperaturavvik Mindre enn eller lik ±10 grader.
• Varmrullende oppvarming: Kontrollert ved 650-750 grader, oksydlagtykkelse Mindre enn eller lik 2μm, kan fjernes direkte ved beising. Nøkkelparametre: Oppvarmingstemperaturavvik må kontrolleres innenfor ±10 grader for å unngå lokal overoppheting som fører til kornforgrovning.
3. Rullende prosessdesign
(1) Varmvalsingsprosess
• Innledende rulletemperatur: 980-1020 grader, endelig rulletemperatur Større enn eller lik 850 grader;
• Reduksjon per bestått: reduksjon av første pass Mindre enn eller lik 15 %, påfølgende bestått øker gradvis til 30 %-40 %;
• Kornkontroll: deformasjon av siste pass fullføres i faseområdet (mindre enn eller lik 882 grader), og raffinerer kornet til ASTM 8-10-graden;
• Formkontroll: hydraulisk bøyevalsesystem brukes til å kontrollere restspenning Mindre enn eller lik 50MPa.
(2) Varmvalsing
• Temperaturområde: 600-700 grader, utnytter de dynamiske rekrystalliseringsegenskapene til titan for å forbedre plastisiteten;
• Oksydlagskontroll: etter-rullende oksydlagtykkelse Mindre enn eller lik 2μm, som kan fjernes direkte ved beising;
• Passplanlegging: reduksjon av enkeltpassasjer Mindre enn eller lik 8 %, total deformasjon Mindre enn eller lik 30 %, unngår kantsprekker. Fordeler: varmvalsing kan utelate den mellomliggende glødeprosessen, noe som forkorter produksjonssyklusen med mer enn 20 %.
(3) Kaldvalseprosess
• Multi-passeringsdesign: 0,3–1,8 mm tynne plater må kaldvalses i 5–8 omganger, med deformasjonsmengden kontrollert til 10–15 % per pass;
• Mellomgløding: Vakuumgløding (650 grader /2t) utføres når den kumulative deformasjonsmengden når 30 % for å eliminere arbeidsherding;
• Overflatekvalitet: Rullebeleggssmøreteknologi er tatt i bruk for å redusere ripefeil. Høylegeringsmaterialebehandling: For legeringer av typen + som Ti-6Al-4V, må deformasjonsmengden per pass reduseres til 5%-8% for å forhindre kantsprekker.
4. Etterbehandling og etter-behandling
• Beisingsprosess:
• To-metode: Først fjernes oksidlaget med en blanding av 10 % HF + 30 % HNO₃-syre, og passiveres deretter med 5 % sitronsyre;
• Miljøvennlig alternativ: Utvikle en fluor-fri beiseprosess for å redusere mengden flussyre som brukes med mer enn 80 %.
• Retteprosess: Restspenning elimineres ved hjelp av en ti-rullet rettetang, og oppnår en retthet på mindre enn eller lik 1 mm/m;
• Overflatinspeksjon: Subkutane defekter oppdages ved hjelp av en hvirvelstrømfeildetektor for å sikre fravær av sprekker, inneslutninger og andre defekter.
III. Veibeskrivelser for prosessoptimalisering og industritrender
1. Near-Net-Shape Forming Technology: Utvikling av presisjonsrulleteknologi for å redusere bearbeidingstillatelser fra tradisjonelle 3 mm til innenfor 0,5 mm;
2. Intelligent kontroll: Introduserer digital tvillingteknologi for å overvåke rullekraft, temperaturfelt og andre parametere i sanntid, noe som muliggjør adaptiv prosessjustering;
3. Grønn produksjon: Fremme fluor-frie beisingsprosesser for å redusere risikoen for miljøforurensning;
4. Komposittbehandling: Utforsking av laser-rullende komposittformingsteknologi for å bryte gjennom romtemperaturdannelsesgrensene for titanlegeringer;
5. Superplastisk forming: Oppnå superplastisitet av titanlegeringer ved 850-950 grader gjennom mikrostrukturkontroll for integrert forming av komplekse strukturelle deler.