I. A titánötvözeteket nagy fajlagos szilárdságuk és korrózióállóságuk miatt széles körben használják az űrhajózásban, az orvostudományban és más területeken. Magas kémiai reakcióképességük azonban hajlamossá teszi őket arra, hogy a magas hőmérsékletű hevítés során oxigénnel és nitrogénnel reagáljanak, és rideg oxidréteget képezzenek, ami csökkenti az anyag plaszticitását és megnöveli a megmunkálási ráhagyást. Az anyagfelhasználás javítása és a gyártási költségek csökkentése szempontjából kulcsfontosságú műszaki kihívássá vált, hogy a titánötvözetből készült kovácsolt tuskó hevítési folyamata során minimális oxidációt érjünk el, vagy egyáltalán nem oxidálunk. A titánötvözet kovácsolt anyagok felületi oxidációjának szabályozására szolgáló módszereket tártunk fel szisztematikus kísérleti kutatással.
II. Kísérleti anyagok és módszerek BT3-1 titánötvözetből készült extrudált tuskót választottak fő kutatási tárgynak, a BT20, az OT4-1 ötvözetlemezek és a PT7M ötvözetcsövek teljesítményváltozásainak egyidejű összehasonlításával. Minden mintát mechanikusan políroztak, majd elektromos kemencében 950 -980 fokra (közel a titánötvözetek allotróp átalakulási hőmérsékletéhez) hevítették, a tartási időt 1 órán belül szabályozták. A kísérleti változók a következők voltak: előoxidációs kezelés, üvegzománc védőbevonat, fűtőközeg típus (közönséges elektromos kemence/laza anyagú pszeudo cseppfolyósító réteg) és kovácsolás utáni felületkezelési módszer (homokfúvás).
III. Kulcstechnológiák a felületi oxidáció szabályozásához
1. Elő-oxidációs kezelési folyamat:
Kísérletek azt mutatják, hogy a kezeletlen tuskó felületén hal{0}oxidréteg látható, míg az elő-oxidált tuskó felületi simasága jelentősen javul. Az előoxidációs kezelés azáltal, hogy egyenletes és sűrű oxidfilmet képez a tuskó felületén, hatékonyan gátolja a mély oxidációt a későbbi melegítés során. Ezenkívül csökken az üvegzománc bevonat tapadása az elő-oxidált tuskófelületen, ami több mint 30%-kal könnyebbé teszi a későbbi eltávolítást, és jelentősen javítja a gyártási hatékonyságot.
2. Üvegzománc védőbevonat technológia:
Ha üvegzománc bevonatot visz fel az előoxidációs kezelésre, az tovább csökkentheti az oxidációs sebességet a melegítés során. Ez a bevonat fizikai elszigeteléssel csökkenti a tuskó és az oxidáló gázok közötti érintkezést. Kísérleti adatok azt mutatják, hogy a bevonatvédelem 50–70%-kal csökkentheti az oxidréteg vastagságát a tuskó felületén. Nevezetesen, a bevonat és az előoxidációs réteg szinergetikus hatása{6}}javítja a tuskó felületi plaszticitását, 15-20%-kal növelve a kovácsolt minták nyúlását.
3. Fűtőközeg optimalizálási technológia:
(1) Szokásos elektromos kemence fűtési szabályozása: Ha hagyományos elektromos kemencében melegítenek, a hőmérsékletet szigorúan az allotróp átalakulási hőmérséklet felett szabályozzák, és a tartási idő kevesebb, mint 1 óra, hogy elkerülje a nyilvánvaló gázelnyelést a felületen. A kialakult oxidréteg homokfúvással hatékonyan eltávolítható, az anyagveszteség mértéke 5%-on belül szabályozható. (2) Laza anyagú pszeudo{6}}cseppfolyósító réteg fűtési technológia: Ez a technológia úgy melegíti fel a tuskót, hogy egy szemcsés közegből (például alumínium-oxid porból) álló pszeudo-folyósító rétegbe temeti, és a közeg részecskéi közötti intenzív relatív mozgást használja a hőcsere fokozására. A kísérletek azt mutatják, hogy hőátadási hatásfoka 1,5 nagyságrenddel nagyobb, mint a kényszerkonvekciós kemencé, és megközelíti az olvadt só kemence szintjét. Ezzel a technológiával a tuskó gyors és egyenletes felmelegítése érhető el, a melegítési idő 40-60%-kal lerövidül, ugyanakkor a közeg szigetelő hatása révén jelentősen csökkenthető az oxidációs hajlam, több mint 80%-kal csökkentve a felületi oxidréteg vastagságát.
Alkalmazási eset: A titán-nióbiumötvözet turbinatárcsákon Y2O3 diszperziós erősítő + termikus diffúziós bevonatot alkalmaztunk, amely 650 fokos kúszási szilárdságot 35%-kal növelte, a kúszási sebességet pedig 1×10⁻⁸/s-ra csökkentette.
IV. Felületkezelési folyamat optimalizálása:
A kovácsolás utáni homokfúvás kulcsfontosságú lépés a kovácsolt termékek teljesítményének javításában. A hagyományos homokfúvással eltávolítható a felületi oxidréteg és a gáz{1}}elnyelő réteg, így a felületi érdesség Ra értéke 3,2 μm alá csökken, miközben a felület megerősítése révén javítja a plaszticitást. Üvegzománc bevonatú nyersdarabok esetén a homokfúvás nyomását 0,3–0,5 MPa tartományban kell szabályozni, hogy elkerüljük az alapanyag túlzott károsodását.
V. Következtetések:
1. Az elő-oxidációs kezelés és az üvegzománc bevonat szinergikus alkalmazása két-rétegű védelmi rendszert hozhat létre: "aktív oxidációszabályozás + passzív szigetelésvédelem", jelentősen javítva a titánötvözetből készült kovácsolt anyagok felületi minőségét.
2. A laza anyagú pszeudo-folyósítórétegű fűtési technológia a hőátadási mechanizmus optimalizálásával kettős célt ér el, a hatékony fűtés és az oxidáció szabályozása révén, így különösen alkalmas összetett -formájú kovácsoltvasok tömeggyártására.
3. A folyamatparaméterek (hőmérséklet, idő, homokfúvás nyomás stb.) pontos szabályozása kulcsfontosságú a titánötvözet kovácsoltságok átfogó teljesítményének biztosításához; szabványos eljárási specifikációkat kell megállapítani az egyes ötvözetminőségek szerint.
A titánötvözetből készült kovácsolt anyagok felületi oxidációjának szabályozása lényegében egy átfogó rendszertervezési projekt, amely integrálja a „folyamatokat, környezetet és utókezelést”{0}}.
A Baoji-i helyi iparágak támogatásával a vákuumkovácsolás + inertgáz elleni védelem + pácolás és passziválás vált a fő megoldássá, míg a magas hőmérsékletű bevonat-és a digitális szabályozás a „zéró oxidáció” felé tereli.
Az olyan csúcskategóriás- területeken, mint a repülőgépipar és az atomenergia, a vákuumkovácsolás + PVD bevonat a végső út a „szolgáltatási-fokozatú nulla oxidáció eléréséhez”.
