Titanyum dövme fırını nasıl yapılır?
Üst düzey imalat ve hassas işlemede, yüksek mukavemet, korozyon direnci ve hafiflik özelliklerinden dolayı dövme titanyum parçalar, uçak motoru bıçakları ve uzay aracı yapısal parçaları gibi kritik bileşenler için temel malzemeler haline gelmiştir. Dövme prosesindeki temel ekipman olarak titanyum dövme fırını, titanyum alaşımlarının fiziksel özelliklerine-düşük ısı iletkenliği, yüksek deformasyon direnci ve yüksek-sıcaklık oksidasyon hassasiyetine tam olarak uyacak şekilde tasarlanmalıdır. Titanyum alaşımlarının mükemmel plastik deformasyonunu sağlamak için ısıtma sisteminden kalıp yapısına, sıcaklık kontrolünden yağlama işlemlerine kadar her açıdan geleneksel metal dövmenin teknik sınırlarını aşmak gerekir.
Dar dövme sıcaklık penceresi ve titanyum alaşımlarının oksidasyona karşı aşırı hassasiyeti, titanyum dövme fırını ısıtma sisteminin çekirdek tasarım mantığını doğrudan belirler. Geleneksel karbon çeliği dövme işlemi 800-1200 derecelik geniş bir sıcaklık aralığında çalışabilirken, titanyum alaşımları (TC4 gibi) için en uygun dövme sıcaklığı 900-950 derece arasında yoğunlaşmıştır; bu aralığın 20 derece aşılması tane irileşmesine veya çatlamasına neden olabilir. Bu nedenle, titanyum dövme fırınları çift bölgeli sıcaklık kontrol teknolojisi gerektirir: ana ısıtma bölgesi, rezistans telleri veya indüksiyon bobinleri kullanarak kütüğü hedef sıcaklığa kadar hassas bir şekilde ısıtır, tutma bölgesi ise sıcaklık farkı ±5 derece içinde kontrol edilerek sıcak havanın dolaşımı yoluyla sıcaklık homojenliğini korur. Örneğin, bir havacılık dövme şirketi tarafından kullanılan bir titanyum dövme fırını, φ600 mm'lik bir titanyum külçeyi ısıtırken, kızılötesi termometreden gelen gerçek zamanlı geri bildirimle birlikte parçalı bir ısıtma eğrisi (300 derece/saat ila 600 derece, ardından 150 derece/saat ila 950 derece ısıtma) kullanır ve kütüğün merkezi ile yüzeyi arasındaki sıcaklık farkını geleneksel 80 dereceden 15 dereceye düşürür ve iç ısıyı önemli ölçüde azaltır. termal stresin neden olduğu çatlaklar.
Kalıp sisteminin tasarımı, titanyum dövme fırınlarındaki teknik darboğazların üstesinden gelmenin anahtarıdır. Titanyum alaşımlarının akışkanlığı zayıf ve viskozitesi yüksektir; geleneksel dövme kalıpları aşırı sürtünme nedeniyle metalin geri akışına veya yapışmasına eğilimlidir. Bu nedenle, titanyum dövme fırın kalıpları iki-katmanlı bir yapı gerektirir: iç katman, 1000 dereceye kadar sıcaklıklara dayanabilen ve titanyum alaşımlarıyla kimyasal olarak reaksiyona girmeyen nikel-bazlı yüksek-sıcaklık alaşımıdır (K3 alaşımı gibi); dış katman, kalıbın uzun süreli yüksek sıcaklıklar nedeniyle yumuşamasını önlemek için su sirkülasyon kanallarıyla soğutulan karbon çelikten bir iskelettir. Gerilim konsantrasyonunu azaltmak için kalıbın köşe yarıçapının çelik dövme kalıplarından %30 daha büyük olması gerekir; kalıp boşluğunun yüzey pürüzlülüğünün Ra0,8μm'nin altında kontrol edilmesi gerekir ve sürtünme katsayısını 0,5'ten 0,05'e düşürmek için grafit-su-bazlı bir yağlayıcı püskürtülür. Bir şirket, TC11 titanyum alaşımlı bıçakların üretimi için izotermal dövme kalıbı geliştirdi. Kalıp sıcaklığının 920 derecede sabitlenmesiyle (kütükten sıcaklık farkı 30 dereceye eşit veya daha az) ve yavaş ekstrüzyon için 500 tonluk bir hidrolik presin kullanılmasıyla (deformasyon hızı 0,5 mm/s), dövme parçaların sürekli akışı, geleneksel dövmenin %75'ini çok aşarak başarılı bir şekilde %98'e çıkarıldı.
Sıcaklık kontrol sisteminin akıllı bir şekilde yükseltilmesi, titanyum dövme fırınlarının teknolojik yinelemesinin bir başka temel yönüdür. 850 derecenin altında titanyum alaşımlarının deformasyon direnci katlanarak artar; örneğin TC4 alaşımının 700 derecede deformasyon direnci 950 dereceden dört katıdır. Bu nedenle, titanyum dövme fırınlarının çok-aşamalı sıcaklık kontrol modüllerini entegre etmesi gerekir: ısıtma aşaması, ısıtma hızını tam olarak kontrol etmek için bir PID algoritması kullanır; dövme aşamasında, ısıtma gücünü gerçek zamanlı olarak ayarlamak için kızılötesi termometreler ve termokupllarla ikili izleme kullanılır; ve soğutma aşamasında, aşırı hızlı soğutma nedeniyle anormal faz çökelmesini önlemek için aşamalı hava soğutması (önce 600 derecede hızlı soğutma, ardından 300 derecede doğal soğutma) kullanılır. Bir araştırma enstitüsü tarafından geliştirilen akıllı titanyum dövme fırını, 12 set sıcaklık sensörünü ve AI algoritmasını entegre ederek, dövme sıcaklığı dalgalanma aralığını ±15 dereceden ±3 dereceye düşürerek TC18 titanyum alaşımlı dövme parçaların oda sıcaklığında çekme mukavemetini 1100MPa'dan 1250MPa'ya ve uzamayı %8'den %12'ye yükseltti.
Uçak motorlarındaki türbin disklerinden-derin deniz denizaltılarındaki basınçlı gövdelere-titanyum dövme fırınlarındaki teknolojik atılımlar, üst düzey üretimin sınırlarını-yeniden şekillendiriyor. Temel değeri yalnızca titanyum alaşımlarının hassas şekilde şekillendirilmesinde değil, aynı zamanda sıcaklık, stres ve yağlamanın koordineli kontrolü yoluyla malzeme özelliklerinin nihai potansiyelinin ortaya çıkarılmasında da yatmaktadır. Sayısal simülasyon teknolojilerinin (DEFORM-3D gibi) ve Endüstriyel İnternet'in derin entegrasyonuyla, titanyum dövme fırınları "deneyime- dayalı" olmaktan "veri odaklı" hale geçiyor ve titanyum alaşımlarının zorlu ortamlarda uygulanması için daha güvenilir süreç güvencesi sağlıyor. Sıcaklık ve kuvvet arasındaki bu hassas etkileşim, sonuçta Çin üretimini daha yüksek hassasiyete ve daha fazla güvenilirliğe doğru yönlendirecektir.
