I. Aliajele de titan sunt utilizate pe scară largă în domeniul aerospațial, medical și în alte domenii datorită rezistenței lor specifice ridicate și rezistenței la coroziune. Cu toate acestea, reactivitatea lor chimică ridicată îi face predispuși să reacționeze cu oxigenul și azotul în timpul încălzirii la temperatură înaltă-pentru a forma un strat de oxid fragil, ceea ce duce la scăderea plasticității materialului și la creșterea capacității de prelucrare. Obținerea oxidării minime sau deloc în timpul procesului de încălzire a taglelor de forjare din aliaj de titan a devenit o provocare tehnică cheie pentru îmbunătățirea utilizării materialelor și reducerea costurilor de producție. Am explorat metode de control al oxidării suprafeței pieselor forjate din aliaje de titan prin cercetări experimentale sistematice.
II. Materiale și metode experimentale Taglele extrudate din aliaj de titan BT3{-1 au fost selectate ca obiect principal de cercetare, cu comparații simultane ale modificărilor de performanță ale plăcilor din aliaj BT20, OT4{-1 și ale tuburilor din aliaj PT7M. Toate probele au fost lustruite mecanic și apoi încălzite într-un cuptor electric la 950 de grade -980 de grade (aproape de temperatura de transformare alotropică a aliajelor de titan), cu un timp de păstrare controlat în decurs de 1 oră. Variabilele experimentale au inclus: tratament de pre-oxidare, strat de protecție cu email de sticlă, tip de mediu de încălzire (cuptor electric obișnuit/strat de pseudo-lichefiere a materialului liber) și metoda de tratare a suprafeței post-forjare (sablare).
III. Tehnologii cheie pentru controlul oxidării suprafeței
1. Procesul de tratare pre-oxidării:
Experimentele arată că suprafața țaglelor netratate prezintă un strat de oxid-de pește, în timp ce netezimea suprafeței țaglelor pre-oxidate este îmbunătățită semnificativ. Tratamentul de pre-oxidare, prin formarea unui film de oxid uniform și dens pe suprafața țaglelor, inhibă eficient oxidarea profundă în timpul încălzirii ulterioare. În plus, aderența stratului de smalț de sticlă pe suprafața pre-taglelor este redusă, făcând îndepărtarea ulterioară cu peste 30% mai ușoară și îmbunătățind semnificativ eficiența producției.
2. Tehnologie de acoperire de protecție cu email de sticlă:
Aplicarea unui strat de email de sticlă deasupra tratamentului de pre-oxidare poate reduce și mai mult rata de oxidare în timpul încălzirii. Această acoperire reduce contactul dintre țagle și gazele oxidante prin izolarea fizică. Datele experimentale arată că protecția acoperirii poate reduce grosimea stratului de oxid de pe suprafața taglelor cu 50%-70%. În special, efectul sinergic al acoperirii și al stratului de pre-oxidare pot îmbunătăți plasticitatea suprafeței țaglei, crescând alungirea probelor forjate cu 15%-20%.
3. Tehnologia de optimizare a mediului de încălzire:
(1) Controlul obișnuit al încălzirii cuptorului electric: la încălzirea într-un cuptor electric convențional, temperatura este strict controlată peste temperatura de transformare alotropică, iar timpul de menținere este mai mic sau egal cu 1 oră pentru a evita absorbția evidentă a gazului la suprafață. Stratul de oxid format poate fi îndepărtat eficient prin sablare, iar rata de pierdere a materialului este controlată cu 5%. (2) Tehnologia de încălzire a stratului de pseudo-lichefiere a materialului liber: această tehnologie încălzește țagla prin îngroparea acesteia într-un strat de pseudo-lichefiere compus din medii granulare (cum ar fi pulbere de alumină) și utilizează mișcarea relativă intensă dintre particulele de mediu pentru a îmbunătăți schimbul de căldură. Experimentele arată că eficiența sa de transfer de căldură este cu 1,5 ordine de mărime mai mare decât cea a unui cuptor cu convecție forțată, apropiindu-se de nivelul unui cuptor cu sare topită. Această tehnologie poate realiza încălzirea rapidă și uniformă a țaglei, scurtând timpul de încălzire cu 40% până la 60% și, în același timp, reducând semnificativ tendința de oxidare prin efectul de izolare al mediului, reducând grosimea stratului de oxid de suprafață cu mai mult de 80%.
Caz de aplicare: Am folosit întărirea dispersiei Y₂O₃ + acoperire cu difuzie termică pe discuri de turbină din aliaj de titan-niobiu, care a crescut rezistența la fluaj la 650 de grade cu 35% și a redus rata de fluaj la 1×10⁻⁸/s.
IV. Optimizarea procesului de tratare a suprafeței:
Sablarea după forjare cu matriță este un pas cheie în îmbunătățirea performanței pieselor forjate. Sablarea convențională poate îndepărta stratul de oxid de suprafață și stratul de absorbție de gaz-, reducând valoarea Ra a rugozității suprafeței la sub 3,2 μm, îmbunătățind simultan plasticitatea prin întărirea suprafeței. Pentru semifabricate cu strat de smalț din sticlă, presiunea de sablare trebuie controlată în intervalul 0,3–0,5 MPa pentru a evita deteriorarea excesivă a materialului de bază.
V. Concluzii:
1. Aplicarea sinergică a tratamentului de pre-oxidare și a acoperirii cu email de sticlă poate construi un sistem de protecție cu două-strat de „control activ al oxidării + protecție pasivă de izolare”, îmbunătățind semnificativ calitatea suprafeței pieselor forjate din aliaj de titan.
2. Tehnologia de încălzire a stratului de pseudo-lichefiere a materialelor libere atinge obiectivele duble de încălzire eficientă și controlul oxidării prin optimizarea mecanismului de transfer de căldură, făcându-l deosebit de potrivit pentru producția de masă a forjate-complexe.
3. Controlul precis al parametrilor procesului (temperatură, timp, presiune de sablare etc.) este crucial pentru asigurarea performanței cuprinzătoare a forjatelor din aliaj de titan; specificațiile de proces standardizate trebuie stabilite în funcție de grade specifice de aliaje.
Controlul oxidării suprafeței pieselor forjate din aliaj de titan este, în esență, un proiect cuprinzător de inginerie de sistem care integrează „proces, mediu și post{0}}tratare”.
Cu sprijinul industriilor locale din Baoji, forjarea în vid + protecția gazului inert + decaparea și pasivarea a devenit soluția principală, în timp ce acoperirea la temperatură înaltă-și controlul digital o conduc către obiectivul „oxidării zero”.
Pentru domeniile-de ultimă generație, cum ar fi industria aerospațială și energia nucleară, forjarea în vid + acoperirea PVD este calea finală pentru obținerea „oxidării zero-de serviciu”.
