I. Teoretisk grund och tekniska egenskaper hos plastbearbetning av titanlegering
1. Gemensamma principer för metallplastbearbetning Kärnan i plastbearbetning av titanlegeringar är att utnyttja den plastiska deformationskapaciteten hos fasta metaller för att förändra deras mikrostruktur genom yttre kraft, och slutligen erhålla titanmaterial med önskad form och egenskaper. Denna process följer den klassiska teorin om metallplastbearbetning, inklusive:
• Spännings-töjningsförhållande: Flödesspänningen hos titanlegeringar uppvisar ett icke-linjärt samband med deformationstemperatur och töjningshastighet;
• Omkristalliseringsmekanism: Dynamisk omkristallisering är nyckeln till att förädla korn och förbättra plasticiteten;
• Friktion och smörjning: Friktionskoefficienten under valsning påverkar direkt kvaliteten på plåtformen. Teknisk konsensus: Titanlegeringsbearbetning kräver en balans mellan temperatur, deformationsmängd och oxidationskontroll för att undvika generering av grova korn och ytdefekter.
2. Unika utmaningar med titanlegeringar Jämfört med traditionella metaller som stål, koppar och aluminium ligger bearbetningssvårigheten för titanlegeringar i:
• Hög deformationsbeständighet: Sträckgränsen för rent titan är tre gånger högre än för aluminium, och arbetshärdningshastigheten för titanlegeringar (som GR5) är upp till dubbelt så hög som för stål;
• Smalt plasticitetsfönster: Rent titan har dålig plasticitet vid rumstemperatur och kräver varmvalsning vid 200-450 grader eller varmvalsning vid över 800 grader för att få god formbarhet;
• Känslig för hög-temperaturoxidation: Titan oxiderar snabbt över 600 grader och bildar ett hårt och sprött oxidskikt (TiO₂), vilket ökar svårigheten med efterföljande bearbetning;
• Stark tendens att absorbera gaser: Den absorberar lätt mellanliggande element som väte och syre under uppvärmning eller betning, vilket leder till "väteförsprödning" eller "syreförsprödning". Fallstudie: Vid tillverkning av flygplåt resulterade ett fel i uppvärmningstemperaturkontrollen i en överdriven tjocklek på oxidskiktet, vilket i slutändan gjorde att hela partiet av plåt skrotades, vilket resulterade i förluster på flera miljoner yuan.
II. Kärnprocessflöde för titanlegeringsplåt, band och folieproduktion
1. Förberedelse och förbehandling av plattor
• Råmaterialval: Titantackor med hög-renhet framställda med VAR (Vacuum Arsenic Arc Refining) eller EB (Electron Beam Refining) processer, med föroreningsinnehåll Mindre än eller lika med 0,1 %;
• Ytbehandling: Ta bort ytdefekter (såsom sprickor och inneslutningar) från götet genom sandblästring eller svarvning för att förhindra sprickutbredning under bearbetning;
• Dimensionskontroll: Utformning av plattans tjocklek enligt specifikationerna för den färdiga produkten; tjockleken på den-varmvalsade plattan är vanligtvis 150-300 mm. Standardkrav: Plattans ytråhet Ra Mindre än eller lika med 3,2 μm för att säkerställa efterföljande rullstabilitet.
2. Värmeprocesskontroll
• Varmrullande uppvärmning:
• Segmenterad uppvärmningsmetod: Värm först till 600 grader med en hastighet av mindre än eller lika med 50 grader/h, håll i 2 timmar och värm sedan snabbt till 950-1050 grader (+ fasregion);
• Atmosfärsskydd: Inför argongas eller använd vakuumvärme i den elektriska värmeugnen för att minska oxidationshastigheten;
• Temperaturuniformitet: Övervaka i realtid med en infraröd termometer, temperaturavvikelse Mindre än eller lika med ±10 grader.
• Varmrullande uppvärmning: Kontrolleras vid 650-750 grader, oxidskikttjocklek Mindre än eller lika med 2μm, kan avlägsnas direkt genom betning. Nyckelparametrar: Uppvärmningstemperaturavvikelsen måste kontrolleras inom ±10 grader för att undvika lokal överhettning som leder till att spannmålen förgrovar.
3. Rullande processdesign
(1) Varmvalsningsprocess
• Initial valstemperatur: 980-1020 grader, slutlig valstemperatur Större än eller lika med 850 grader;
• Reduktion per pass: reduktion av första passet Mindre än eller lika med 15 %, efterföljande passeringar ökar gradvis till 30 %-40 %;
• Kornkontroll: slutlig passdeformation slutförs i fasområdet (Mindre än eller lika med 882 grader), vilket förfinar kornet till ASTM 8-10-graden;
• Formkontroll: hydrauliskt böjvalssystem används för att kontrollera restspänningar Mindre än eller lika med 50 MPa.
(2) Varmvalsningsprocess
• Temperaturområde: 600-700 grader, utnyttjande av titans dynamiska omkristallisationsegenskaper för att förbättra plasticiteten;
• Kontroll av oxidskikt: efter-valsning av oxidskiktets tjocklek Mindre än eller lika med 2μm, som kan avlägsnas direkt genom betning;
• Passplanering: engångsreduktion Mindre än eller lika med 8%, total deformation Mindre än eller lika med 30%, undviker kantsprickor. Fördelar: varmvalsning kan utelämna den mellanliggande glödgningsprocessen, vilket förkortar produktionscykeln med mer än 20 %.
(3) Kallvalsningsprocess
• Fler-passdesign: 0,3–1,8 mm tunna plåtar måste kallvalsas i 5–8 passager, med deformationsmängden kontrollerad till 10–15 % per passage;
• Mellanliggande glödgning: Vakuumglödgning (650 grader /2h) utförs när den ackumulerade deformationsmängden når 30 % för att eliminera arbetshärdning;
• Ytkvalitet: Smörjteknik för rullbeläggning används för att minska repningsdefekter. Höglegerade materialbehandling: För legeringar av typ + som Ti-6Al-4V måste deformationsmängden per passage minskas till 5%-8% för att förhindra kantsprickor.
4. Efterbehandling och efterbehandling.-
• Betningsprocess:
• Två-metod: Först avlägsnas oxidskiktet med en blandning av 10 % HF + 30 % HNO₃-syra och passiveras sedan med 5 % citronsyra;
• Miljövänligt alternativ: Utveckla en -fluorfri betningsprocess för att minska mängden fluorvätesyra som används med mer än 80 %.
• Rätningsprocess: Kvarvarande spänning elimineras med hjälp av en tio-rullriktare, vilket uppnår en rakhet som är mindre än eller lika med 1 mm/m;
• Ytinspektion: Subkutana defekter detekteras med en virvelströmsfeldetektor för att säkerställa frånvaron av sprickor, inneslutningar och andra defekter.
III. Vägbeskrivningar för processoptimering och branschtrender
1. Near-Net-Shape Forming Technology: Utveckling av precisionsvalsningsteknik för att minska bearbetningsutrymmet från traditionella 3 mm till inom 0,5 mm;
2. Intelligent kontroll: Införande av digital tvillingteknologi för att övervaka rullkraft, temperaturfält och andra parametrar i realtid, vilket möjliggör adaptiv processjustering;
3. Grön tillverkning: Främja fluor-fria betningsprocesser för att minska riskerna för miljöföroreningar;
4. Kompositbearbetning: Utforskar laser-valsningsteknik för kompositformning för att bryta igenom gränserna för formning av rumstemperatur för titanlegeringar;
5. Superplastisk formning: Uppnå superplasticitet av titanlegeringar vid 850-950 grader genom mikrostrukturkontroll för integrerad formning av komplexa strukturella delar.