I. Titāna sakausējumus plaši izmanto kosmosa, medicīnas un citās jomās, jo tiem ir augsta īpatnējā izturība un izturība pret koroziju. Tomēr to augstā ķīmiskā reaktivitāte padara tos pakļautus reakcijai ar skābekli un slāpekli augstas temperatūras -temperatūras karsēšanas laikā, veidojot trauslu oksīda slāni, kā rezultātā samazinās materiāla plastiskums un palielinās apstrādes iespējas. Titāna sakausējuma kalšanas sagatavju sildīšanas procesā minimālas oksidācijas sasniegšana vai tās neesamība ir kļuvusi par galveno tehnisko izaicinājumu, lai uzlabotu materiālu izmantošanu un samazinātu ražošanas izmaksas. Mēs izpētījām metodes, kā kontrolēt titāna sakausējuma kalumu virsmas oksidāciju, izmantojot sistemātiskus eksperimentālus pētījumus.
II. Eksperimentālie materiāli un metodes BT3-1 titāna sakausējuma ekstrudēta sagatave tika izvēlēta kā galvenais pētījuma objekts, vienlaikus salīdzinot BT20, OT4-1 sakausējuma plākšņu un PT7M sakausējuma cauruļu veiktspējas izmaiņas. Visi paraugi tika mehāniski pulēti un pēc tam uzkarsēti elektriskā krāsnī līdz 950 grādiem -980 grādiem (tuvu titāna sakausējumu alotropās transformācijas temperatūrai), turēšanas laiku kontrolējot 1 stundas laikā. Eksperimentālie mainīgie ietvēra: pirmsoksidācijas apstrādi, stikla emaljas aizsargpārklājumu, sildīšanas līdzekļa tipu (parastā elektriskā krāsns/birstošā materiāla pseido-sašķidrināšanas slānis) un pēckalšanas virsmas apstrādes metodi (smilšu strūklu).
III. Galvenās virsmas oksidācijas kontroles tehnoloģijas
1. Pirms-oksidācijas apstrādes process:
Eksperimenti liecina, ka uz neapstrādātu sagatavju virsmas ir zivju- oksīda slānis, savukārt iepriekš oksidētu sagatavju virsmas gludums ir ievērojami uzlabots. Iepriekšēja -oksidācijas apstrāde, veidojot viendabīgu un blīvu oksīda plēvi uz sagataves virsmas, efektīvi kavē dziļu oksidāciju turpmākās karsēšanas laikā. Turklāt tiek samazināta stikla emaljas pārklājuma adhēzija uz iepriekš-oksidētās sagataves virsmas, padarot turpmāko noņemšanu par vairāk nekā 30% vieglāku un ievērojami uzlabojot ražošanas efektivitāti.
2. Stikla emaljas aizsargpārklājuma tehnoloģija:
Stikla emaljas pārklājuma uzklāšana virs -oksidācijas apstrādes var vēl vairāk samazināt oksidācijas ātrumu karsēšanas laikā. Šis pārklājums samazina kontaktu starp sagatavi un oksidējošām gāzēm, izmantojot fizisku izolāciju. Eksperimentālie dati liecina, ka pārklājuma aizsardzība var samazināt oksīda slāņa biezumu uz sagataves virsmas par 50–70%. Proti, pārklājuma un priekšoksidācijas slāņa sinerģiskā iedarbība var uzlabot sagataves virsmas plastiskumu, palielinot kalto paraugu pagarinājumu par 15–20%.
3. Siltumnesēja optimizācijas tehnoloģija:
(1) Parastās elektriskās krāsns apkures kontrole: sildot parastā elektriskā krāsnī, temperatūra tiek stingri kontrolēta virs alotropās transformācijas temperatūras, un turēšanas laiks ir mazāks vai vienāds ar 1 stundu, lai izvairītos no acīmredzamas gāzes absorbcijas uz virsmas. Izveidoto oksīda slāni var efektīvi noņemt ar smilšu strūklu, un materiāla zuduma ātrums tiek kontrolēts 5% robežās. (2) Irdena materiāla pseido-sašķidrināšanas slāņa sildīšanas tehnoloģija: šī tehnoloģija uzsilda sagatavi, iegremdējot to pseido-sašķidrināšanas slānī, kas sastāv no granulēta materiāla (piemēram, alumīnija oksīda pulvera), un izmanto intensīvu relatīvo kustību starp materiāla daļiņām, lai uzlabotu siltuma apmaiņu. Eksperimenti liecina, ka tā siltuma pārneses efektivitāte ir par 1,5 kārtām augstāka nekā piespiedu konvekcijas krāsnī, tuvojoties izkausētās sāls krāsns līmenim. Ar šo tehnoloģiju var panākt ātru un vienmērīgu sagataves uzsildīšanu, saīsinot sildīšanas laiku par 40% līdz 60%, un tajā pašā laikā ievērojami samazinot oksidācijas tendenci, izmantojot barotnes izolācijas efektu, samazinot virsmas oksīda slāņa biezumu par vairāk nekā 80%.
Pielietojuma gadījums: mēs izmantojām Y₂O3 dispersijas stiprināšanu + termiskās difūzijas pārklājumu uz titāna -niobija sakausējuma turbīnu diskiem, kas palielināja šļūdes izturību pie 650 grādiem par 35% un samazināja šļūdes ātrumu līdz 1 × 10⁻⁸/s.
IV. Virsmas apstrādes procesa optimizācija:
Smilšu strūklu apstrāde pēc kalšanas ir galvenais solis, lai uzlabotu kalumu veiktspēju. Ar parasto smilšu strūklu var noņemt virsmas oksīda slāni un gāzi absorbējošo slāni, samazinot virsmas raupjuma Ra vērtību līdz 3,2 μm, vienlaikus uzlabojot plastiskumu, nostiprinot virsmu. Sagatavēm ar stikla emaljas pārklājumiem smilšu strūklas spiediens jākontrolē diapazonā no 0,3 līdz 0,5 MPa, lai izvairītos no pārmērīgiem pamatmateriāla bojājumiem.
V. Secinājumi:
1. Pirmsoksidācijas apstrādes un stikla emaljas pārklājuma sinerģiskā pielietošana var izveidot divslāņu aizsardzības sistēmu "aktīva oksidācijas kontrole + pasīvā izolācijas aizsardzība", ievērojami uzlabojot titāna sakausējuma kalumu virsmas kvalitāti.
2. Irdenā materiāla pseido-sašķidrināšanas slāņa sildīšanas tehnoloģija, optimizējot siltuma pārneses mehānismu, sasniedz divus mērķus — efektīvu karsēšanu un oksidācijas kontroli, padarot to īpaši piemērotu sarežģītu -formas kalumu masveida ražošanai.
3. Precīza procesa parametru kontrole (temperatūra, laiks, smilšu strūklas spiediens utt.) ir ļoti svarīga, lai nodrošinātu titāna sakausējuma kalumu visaptverošu veiktspēju; ir jāizveido standartizētas procesa specifikācijas atbilstoši konkrētām sakausējumu kategorijām.
Titāna sakausējuma kalumu virsmas oksidācijas kontrole būtībā ir visaptverošs sistēmas inženierijas projekts, kas integrē "procesu, vidi un pēcapstrādi".
Ar Baoji vietējo nozaru atbalstu vakuuma kalšana + aizsardzība pret inerto gāzi + kodināšana un pasivēšana ir kļuvusi par galveno risinājumu, savukārt augstas -temperatūras pārklājums un digitālā vadība virza to uz mērķi “nulles oksidācija”.
Augstākās-nozarēs, piemēram, aviācijā un kodolenerģijā, vakuumkalšana + PVD pārklājums ir labākais ceļš, lai sasniegtu "pakalpojuma-pakāpes nulles oksidāciju".
