I. Titanove zlitine se pogosto uporabljajo v letalstvu, medicini in na drugih področjih zaradi svoje visoke specifične trdnosti in odpornosti proti koroziji. Vendar pa so zaradi njihove visoke kemične reaktivnosti nagnjeni k reakciji s kisikom in dušikom med visoko-temperaturnim segrevanjem, da tvorijo krhko oksidno plast, kar vodi do zmanjšane plastičnosti materiala in povečanega dovoljenja za obdelavo. Doseganje minimalne oksidacije ali nobene oksidacije med postopkom segrevanja gredic iz titanove zlitine za kovanje je postalo ključni tehnični izziv za izboljšanje izkoristka materiala in zmanjšanje proizvodnih stroškov. S sistematičnim eksperimentalnim raziskovanjem smo raziskovali metode za nadzor površinske oksidacije odkovkov iz titanove zlitine.
II. Eksperimentalni materiali in metode Kot glavni predmet raziskave so bile izbrane ekstrudirane gredice iz titanove zlitine BT3-1, s sočasnimi primerjavami sprememb zmogljivosti plošč iz zlitine BT20, OT4-1 in cevi iz zlitine PT7M. Vsi vzorci so bili mehansko polirani in nato segreti v električni peči na 950 stopinj -980 stopinj (blizu temperature alotropske transformacije titanovih zlitin), s časom zadrževanja, kontroliranim v 1 uri. Eksperimentalne spremenljivke so vključevale: obdelavo pred oksidacijo, zaščitno prevleko iz steklenega emajla, vrsto grelnega medija (navadna električna peč/plast psevdo utekočinjenja v razsutem materialu) in metodo površinske obdelave po kovanju (peskanje).
III. Ključne tehnologije za nadzor površinske oksidacije
1. Postopek obdelave s pred-oksidacijo:
Poskusi kažejo, da je na površini neobdelanih gredic plast oksida iz rib-lusk, medtem ko je gladkost površine pred-oksidiranih gredic znatno izboljšana. Pred-obdelava s predoksidacijo z oblikovanjem enotnega in gostega oksidnega filma na površini gredice učinkovito zavira globoko oksidacijo med poznejšim segrevanjem. Poleg tega se zmanjša oprijem prevleke steklenega emajla na predhodno-oksidirano površino gredice, zaradi česar je naknadno odstranjevanje več kot 30 % lažje in znatno izboljša učinkovitost proizvodnje.
2. Tehnologija zaščitnega premaza steklenega emajla:
Nanos steklene emajlirane prevleke na pred-oksidacijsko obdelavo lahko dodatno zmanjša stopnjo oksidacije med segrevanjem. Ta prevleka zmanjša stik med gredico in oksidacijskimi plini s fizično izolacijo. Eksperimentalni podatki kažejo, da lahko zaščita prevleke zmanjša debelino oksidne plasti na površini gredice za 50–70 %. Predvsem lahko sinergijski učinek prevleke in pred-oksidacijske plasti izboljša površinsko plastičnost gredice, s čimer se poveča raztezek kovanih vzorcev za 15 %–20 %.
3. Tehnologija optimizacije ogrevalnega medija:
(1) Nadzor segrevanja v običajni električni peči: Pri segrevanju v običajni električni peči je temperatura strogo nadzorovana nad temperaturo alotropske transformacije, čas zadrževanja pa je manjši ali enak 1 uri, da se prepreči očitna absorpcija plina na površini. Nastalo oksidno plast je mogoče učinkovito odstraniti s peskanjem, stopnja izgube materiala pa je nadzorovana znotraj 5 %. (2) Tehnologija segrevanja sloja psevdo-utekočinjenja razsutega materiala: Ta tehnologija segreje gredico tako, da ga zakoplje v plast psevdo-utekočinjenja, sestavljeno iz zrnatih medijev (kot je prah aluminijevega oksida), in uporablja intenzivno relativno gibanje med delci medija za izboljšanje izmenjave toplote. Poskusi kažejo, da je učinkovitost prenosa toplote za 1,5 reda velikosti višja od učinkovitosti peči s prisilno konvekcijo in se približuje ravni peči za staljeno sol. Ta tehnologija lahko doseže hitro in enakomerno segrevanje gredice, skrajša čas segrevanja za 40% do 60% in hkrati znatno zmanjša nagnjenost k oksidaciji z izolacijskim učinkom medija, zmanjša debelino površinske oksidne plasti za več kot 80%.
Primer uporabe: Uporabili smo disperzijsko utrjevanje Y₂O₃ + toplotno difuzijsko prevleko na turbinskih diskih iz titan-niobijeve zlitine, kar je povečalo trdnost lezenja pri 650 stopinjah za 35 % in zmanjšalo hitrost lezenja na 1 × 10⁻⁸/s.
IV. Optimizacija procesa površinske obdelave:
Peskanje po kovanju je ključni korak pri izboljšanju učinkovitosti odkovkov. Običajno peskanje lahko odstrani površinsko oksidno plast in plast,-ki absorbira plin, s čimer se zmanjša površinska hrapavost Ra pod 3,2 μm, hkrati pa se izboljša plastičnost s površinsko ojačitvijo. Pri surovcih s prevlekami iz steklenega emajla je treba tlak peskanja nadzorovati v območju 0,3–0,5 MPa, da preprečite prekomerno poškodbo osnovnega materiala.
V. Sklepi:
1. Sinergistična uporaba pred-oksidacijske obdelave in prevleke iz steklenega emajla lahko ustvari dvo{2}}plastni zaščitni sistem "aktivnega nadzora oksidacije + pasivne izolacijske zaščite," kar znatno izboljša kakovost površine odkovkov iz titanove zlitine.
2. Tehnologija segrevanja psevdo-plasti za utekočinjenje razsutega materiala dosega dvojna cilja učinkovitega segrevanja in nadzora oksidacije z optimizacijo mehanizma prenosa toplote, zaradi česar je še posebej primerna za množično proizvodnjo kompleksnih-oblikovanih odkovkov.
3. Natančna kontrola procesnih parametrov (temperatura, čas, tlak peskanja itd.) je ključnega pomena za zagotavljanje celovite učinkovitosti odkovkov iz titanove zlitine; standardizirane procesne specifikacije je treba določiti glede na posebne stopnje zlitin.
Nadzor površinske oksidacije odkovkov iz titanove zlitine je v bistvu obsežen projekt sistemskega inženiringa, ki vključuje "proces, okolje in naknadno-obdelavo."
S podporo lokalnih industrij v Baojiju je vakuumsko kovanje + zaščita z inertnim plinom + dekapiranje in pasiviranje postalo glavna rešitev, medtem ko visoko{2}}temperaturni premaz in digitalno krmiljenje usmerjata k cilju »ničelne oksidacije«.
Za vrhunska-področja, kot sta vesoljska in jedrska energija, je vakuumsko kovanje + PVD prevleka najboljša pot do doseganja »storitvene-ničelne oksidacije«.
