Πώς να φτιάξετε έναν φούρνο σφυρηλάτησης τιτανίου;
Στην κατασκευή-υψηλών προδιαγραφών και στη μηχανική κατεργασία ακριβείας, τα σφυρήλατα από τιτάνιο, λόγω της υψηλής αντοχής, της αντοχής στη διάβρωση και των ελαφριών ιδιοτήτων τους, έχουν γίνει βασικά υλικά για κρίσιμα εξαρτήματα όπως τα πτερύγια αερο-κινητήρων και τα δομικά μέρη του διαστημικού σκάφους. Ως βασικός εξοπλισμός στη διαδικασία σφυρηλάτησης, ο κλίβανος σφυρηλάτησης τιτανίου πρέπει να είναι σχεδιασμένος ώστε να ταιριάζει με ακρίβεια στις φυσικές ιδιότητες των κραμάτων τιτανίου-χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, υψηλή αντίσταση παραμόρφωσης και υψηλή{4}}ευαισθησία στην οξείδωση σε θερμοκρασία. Από το σύστημα θέρμανσης έως τη δομή της μήτρας, από τον έλεγχο της θερμοκρασίας έως τις διαδικασίες λίπανσης, κάθε πτυχή πρέπει να ξεπεράσει τα τεχνικά όρια της παραδοσιακής σφυρηλάτησης μετάλλων για να επιτευχθεί τέλεια πλαστική παραμόρφωση των κραμάτων τιτανίου.
Το στενό παράθυρο θερμοκρασίας σφυρηλάτησης και η εξαιρετική ευαισθησία στην οξείδωση των κραμάτων τιτανίου καθορίζουν άμεσα τη λογική σχεδιασμού του πυρήνα του συστήματος θέρμανσης κλιβάνου σφυρηλάτησης τιτανίου. Η παραδοσιακή σφυρηλάτηση ανθρακούχου χάλυβα μπορεί να λειτουργήσει σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών 800-1200 βαθμών, ενώ η βέλτιστη θερμοκρασία σφυρηλάτησης για κράματα τιτανίου (όπως το TC4) συγκεντρώνεται μεταξύ 900-950 μοιρών. Η υπέρβαση αυτού του εύρους κατά 20 μοίρες μπορεί να οδηγήσει σε τραχύτητα ή ρωγμή των κόκκων. Ως εκ τούτου, οι φούρνοι σφυρηλάτησης τιτανίου απαιτούν τεχνολογία ελέγχου θερμοκρασίας διπλής ζώνης: η κύρια ζώνη θέρμανσης θερμαίνει με ακρίβεια το μπιγιέτα στη θερμοκρασία στόχο χρησιμοποιώντας σύρματα αντίστασης ή επαγωγικά πηνία, ενώ η ζώνη συγκράτησης διατηρεί ομοιομορφία θερμοκρασίας μέσω του κυκλοφορούντος ζεστού αέρα, με τη διαφορά θερμοκρασίας να ελέγχεται εντός ±5 μοίρες. Για παράδειγμα, ένας κλίβανος σφυρηλάτησης τιτανίου που χρησιμοποιείται από μια εταιρεία σφυρηλάτησης αεροδιαστημικής, όταν θερμαίνει ένα πλινθίο τιτανίου φ600mm, χρησιμοποιεί μια τμηματοποιημένη καμπύλη θέρμανσης (θέρμανση στους 300 βαθμούς /ώρα έως τους 600 βαθμούς, μετά στους 150 βαθμούς /ώρα έως τους 950 μοίρες), σε συνδυασμό με την ανάδραση σε πραγματικό χρόνο μεταξύ του κέντρου θερμοκρασίας και του υπέρυθρου. επιφάνεια από τις συμβατικές 80 μοίρες έως 15 μοίρες, μειώνοντας σημαντικά τις εσωτερικές ρωγμές που προκαλούνται από τη θερμική καταπόνηση.
Ο σχεδιασμός του συστήματος μήτρας είναι το κλειδί για την αντιμετώπιση τεχνικών σημείων συμφόρησης σε κλιβάνους σφυρηλάτησης τιτανίου. Τα κράματα τιτανίου έχουν κακή ρευστότητα και υψηλό ιξώδες. Οι συμβατικές μήτρες σφυρηλάτησης είναι επιρρεπείς σε αντίστροφη ροή μετάλλου ή κόλλημα λόγω υπερβολικής τριβής. Επομένως, οι μήτρες κλιβάνου σφυρηλάτησης τιτανίου απαιτούν δομή δύο-στρώσεων: η εσωτερική στρώση είναι ένα κράμα-με βάση το νικέλιο υψηλής-θερμοκρασίας (όπως το κράμα Κ3), ικανό να αντέχει σε θερμοκρασίες έως 1000 βαθμούς και να μην αντιδρά χημικά με κράματα τιτανίου. Το εξωτερικό στρώμα είναι ένας σκελετός από ανθρακούχο χάλυβα, ο οποίος ψύχεται από κανάλια κυκλοφορίας νερού για να αποτρέψει το μαλάκωμα της μήτρας λόγω παρατεταμένων υψηλών θερμοκρασιών. Η γωνιακή ακτίνα της μήτρας πρέπει να είναι 30% μεγαλύτερη από αυτή των χαλύβδινων καλουπιών σφυρηλάτησης για να μειωθεί η συγκέντρωση τάσεων. η τραχύτητα της επιφάνειας της κοιλότητας της μήτρας πρέπει να ελέγχεται κάτω από το Ra0,8μm και ένα λιπαντικό με βάση το γραφίτη{10}}νερό- ψεκάζεται για να μειωθεί ο συντελεστής τριβής από 0,5 σε 0,05. Μια εταιρεία ανέπτυξε μια ισοθερμική μήτρα σφυρηλάτησης για την παραγωγή λεπίδων από κράμα τιτανίου TC11. Με τη σταθεροποίηση της θερμοκρασίας της μήτρας στους 920 βαθμούς (διαφορά θερμοκρασίας από το μπιγιέτα Μικρότερη ή ίση με 30 μοίρες) και με τη χρήση υδραυλικής πρέσας 500 τόνων για αργή εξώθηση (ταχύτητα παραμόρφωσης 0,5 mm/s), η συνεχής ροή των σφυρηλατήσεων βελτιώθηκε επιτυχώς στο 98%, υπερβαίνοντας κατά πολύ το συμβατικό 75% του συμβατικού σφυρηλάτησης.
Η έξυπνη αναβάθμιση του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας είναι μια άλλη βασική πτυχή της τεχνολογικής επανάληψης των κλιβάνων σφυρηλάτησης τιτανίου. Κάτω από 850 μοίρες, η αντίσταση παραμόρφωσης των κραμάτων τιτανίου αυξάνεται εκθετικά. για παράδειγμα, η αντίσταση παραμόρφωσης του κράματος TC4 στους 700 βαθμούς είναι τετραπλάσια από αυτή στους 950 βαθμούς. Επομένως, οι φούρνοι σφυρηλάτησης τιτανίου πρέπει να ενσωματώνουν μονάδες ελέγχου θερμοκρασίας πολλαπλών-σταδίων: το στάδιο θέρμανσης χρησιμοποιεί έναν αλγόριθμο PID για τον ακριβή έλεγχο του ρυθμού θέρμανσης. το στάδιο σφυρηλάτησης χρησιμοποιεί διπλή παρακολούθηση με υπέρυθρα θερμόμετρα και θερμοστοιχεία για τη ρύθμιση της ισχύος θέρμανσης σε πραγματικό χρόνο. και το στάδιο ψύξης χρησιμοποιεί σταδιακή ψύξη αέρα (πρώτα ταχεία ψύξη στους 600 μοίρες και μετά φυσική ψύξη στους 300 μοίρες) για να αποφευχθεί η μη φυσιολογική κατακρήμνιση - φάσης λόγω υπερβολικά γρήγορης ψύξης. Ένας έξυπνος φούρνος σφυρηλάτησης τιτανίου που αναπτύχθηκε από ένα ερευνητικό ινστιτούτο, με την ενσωμάτωση 12 σετ αισθητήρων θερμοκρασίας και αλγορίθμων τεχνητής νοημοσύνης, μείωσε το εύρος διακύμανσης της θερμοκρασίας σφυρηλάτησης από ±15 βαθμούς σε ±3 μοίρες, αυξάνοντας την αντοχή εφελκυσμού σε θερμοκρασία δωματίου των σφυρηλατήσεων από κράμα τιτανίου TC18 από 1100 έως 20 MPa από 1100 σε 20 MPa.
Από δίσκους στροβίλων σε αερο-κινητήρες έως κύτους πίεσης σε υποβρύχια-βαθιάς, οι τεχνολογικές ανακαλύψεις στους κλιβάνους σφυρηλάτησης τιτανίου αναδιαμορφώνουν τα όρια της-υψηλού επιπέδου κατασκευής. Η βασική του αξία δεν έγκειται μόνο στην επίτευξη ακριβείας σχηματισμού κραμάτων τιτανίου, αλλά και στο ξεκλείδωμα του τελικού δυναμικού των ιδιοτήτων του υλικού μέσω του συντονισμένου ελέγχου της θερμοκρασίας, της τάσης και της λίπανσης. Με τη βαθιά ενσωμάτωση των τεχνολογιών αριθμητικής προσομοίωσης (όπως το DEFORM-3D) και το Industrial Internet, οι φούρνοι σφυρηλάτησης τιτανίου μετατοπίζονται από "βάσει εμπειρίας-" σε "data-driven", παρέχοντας πιο αξιόπιστη διασφάλιση διεργασιών για την εφαρμογή κραμάτων τιτανίου σε ακραία περιβάλλοντα. Αυτή η ακριβής αλληλεπίδραση θερμοκρασίας και δύναμης θα ωθήσει τελικά την κινεζική κατασκευή προς μεγαλύτερη ακρίβεια και μεγαλύτερη αξιοπιστία.
