I. Zliatiny titánu sú široko používané v letectve, medicíne a iných oblastiach kvôli ich vysokej špecifickej pevnosti a odolnosti voči korózii. Ich vysoká chemická reaktivita ich však robí náchylnými na reakciu s kyslíkom a dusíkom počas vysokoteplotného- ohrevu za vzniku krehkej oxidovej vrstvy, čo vedie k zníženiu plasticity materiálu a zvýšenej tolerancii obrábania. Dosiahnutie minimálnej alebo žiadnej oxidácie počas procesu zahrievania predvalkov na kovanie z titánovej zliatiny sa stalo kľúčovou technickou výzvou na zlepšenie využitia materiálu a zníženie výrobných nákladov. Prostredníctvom systematického experimentálneho výskumu sme skúmali metódy kontroly povrchovej oxidácie výkovkov zo zliatiny titánu.
II. Experimentálne materiály a metódy BT3-1 extrudovaný predvalok z titánovej zliatiny bol vybraný ako hlavný výskumný objekt so súčasným porovnaním zmien výkonu zliatinových platní BT20, OT4-1 a zliatinových rúr PT7M. Všetky vzorky sa mechanicky vyleštili a potom sa zahriali v elektrickej peci na 950 stupňov -980 stupňov (blízko alotropickej transformačnej teplote titánových zliatin), pričom doba výdrže sa regulovala do 1 hodiny. Experimentálne premenné zahŕňali: predoxidačnú úpravu, ochranný povlak skloviny, typ vykurovacieho média (obyčajná elektrická pec/sypká vrstva pseudoskvapalňovania) a metódu povrchovej úpravy po kovaní (pieskovanie).
III. Kľúčové technológie pre kontrolu povrchovej oxidácie
1. Pred-oxidačný proces:
Experimenty ukazujú, že povrch neošetrených predvalkov obsahuje vrstvu oxidu rybieho -váhy, zatiaľ čo hladkosť povrchu pred-oxidovaných predvalkov sa výrazne zlepšila. Pred-oxidačná úprava vytváraním rovnomerného a hustého oxidového filmu na povrchu predvalkov účinne inhibuje hlbokú oxidáciu počas následného ohrevu. Okrem toho je znížená priľnavosť skleneného smaltovaného povlaku na pred-oxidovanom povrchu predvalkov, čím je následné odstránenie o viac ako 30 % jednoduchšie a výrazne sa zvyšuje efektivita výroby.
2. Technológia ochranného povlaku skloviny:
Nanesenie skleneného smaltovaného povlaku na pred-oxidačnú úpravu môže ďalej znížiť rýchlosť oxidácie počas zahrievania. Tento povlak znižuje kontakt medzi predvalkom a oxidačnými plynmi prostredníctvom fyzickej izolácie. Experimentálne údaje ukazujú, že ochrana povlakom môže znížiť hrúbku vrstvy oxidu na povrchu predvalkov o 50 % až 70 %. Je pozoruhodné, že synergický efekt povlaku a pre-oxidačnej vrstvy môže zlepšiť plasticitu povrchu ingotu, čím sa zvýši predĺženie kovaných vzoriek o 15 % až 20 %.
3. Technológia optimalizácie vykurovacieho média:
(1) Bežná regulácia ohrevu elektrickej pece: Pri ohreve v konvenčnej elektrickej peci je teplota prísne kontrolovaná nad teplotou alotropickej transformácie a doba zdržania je menšia alebo rovná 1 hodine, aby sa zabránilo zjavnej absorpcii plynu na povrchu. Vytvorenú oxidovú vrstvu možno účinne odstrániť pieskovaním a miera straty materiálu je kontrolovaná v rámci 5 %. (2) Technológia ohrevu pseudo-skvapalňovacej vrstvy voľného materiálu: Táto technológia ohrieva predvalok tak, že ho pochová v pseudo{7}}skvapalňovacej vrstve zloženej z granulovaného média (ako je práškový oxid hlinitý) a využíva intenzívny relatívny pohyb medzi časticami média na zlepšenie výmeny tepla. Experimenty ukazujú, že jeho účinnosť prenosu tepla je o 1,5 rádu vyššia ako u pece s nútenou konvekciou, čím sa približuje k úrovni pece na roztavenú soľ. Touto technológiou je možné dosiahnuť rýchle a rovnomerné zahriatie predvalku, skrátenie doby ohrevu o 40 % až 60 % a zároveň výrazné zníženie sklonu k oxidácii prostredníctvom izolačného účinku média, čím sa zníži hrúbka povrchovej oxidovej vrstvy o viac ako 80 %.
Aplikačný prípad: Použili sme spevnenie disperziou Y₂O₃ + tepelný difúzny povlak na diskoch turbín z titánovej-nióbovej zliatiny, čo zvýšilo pevnosť pri tečení pri 650 stupňoch o 35 % a znížilo rýchlosť tečenia na 1×10⁻⁸/s.
IV. Optimalizácia procesu povrchovej úpravy:
Pieskovanie po zápustkovom kovaní je kľúčovým krokom pri zlepšovaní výkonu výkovkov. Konvenčné pieskovanie môže odstrániť povrchovú oxidovú vrstvu a vrstvu absorbujúcu plyn-, čím sa zníži drsnosť povrchu Ra pod 3,2 μm a súčasne sa zlepší plasticita prostredníctvom spevnenia povrchu. Pri prírezoch so smaltovaným sklom musí byť tlak pieskovania kontrolovaný v rozsahu 0,3–0,5 MPa, aby sa predišlo nadmernému poškodeniu základného materiálu.
V. Závery:
1. Synergická aplikácia pred-oxidačnej úpravy a povlaku smaltu na sklo môže vytvoriť dvojvrstvový ochranný systém „aktívnej oxidačnej kontroly + pasívnej izolácie“, čím sa výrazne zlepší kvalita povrchu výkovkov zo zliatiny titánu.
2. Technológia vyhrievania pseudo-skvapalňovacej vrstvy sypkého materiálu dosahuje dvojité ciele efektívneho zahrievania a riadenia oxidácie optimalizáciou mechanizmu prenosu tepla, vďaka čomu je obzvlášť vhodná na hromadnú výrobu zložitých -tvarovaných výkovkov.
3. Presná kontrola parametrov procesu (teplota, čas, tlak pri pieskovaní atď.) je rozhodujúca pre zabezpečenie komplexného výkonu výkovkov z titánovej zliatiny; je potrebné stanoviť štandardizované špecifikácie procesu podľa špecifických tried zliatin.
Riadenie povrchovej oxidácie výkovkov zo zliatiny titánu je v podstate komplexný projekt systémového inžinierstva, ktorý integruje „proces, prostredie a dodatočnú{0}}úpravu“.
S podporou miestnych priemyselných odvetví v Baoji sa vákuové kovanie + ochrana inertným plynom + morenie a pasivácia stalo hlavným riešením, zatiaľ čo vysoko{2}}teplotné poťahovanie a digitálne ovládanie ho posúvajú k cieľu „nulovej oxidácie“.
Pre špičkové-polia, ako je letecká a jadrová energetika, je vákuové kovanie + PVD povlak dokonalou cestou k dosiahnutiu „nulovej oxidácie-servisného stupňa“.
