Les alliages de titane sont largement utilisés dans l'aérospatiale, les dispositifs médicaux et la fabrication d'équipements finaux - élevé en raison de leur résistance spécifique élevée, de leur excellente résistance à la corrosion et de leur bonne biocompatibilité. Cependant, le processus d'extrusion à chaud deBars en alliage en titaneFace à de nombreux défis, avec une complexité significativement plus élevée par rapport aux alliages d'aluminium, de cuivre et d'acier. Sur la base de la dynamique du flux métallique et des pratiques industrielles, cet article analyse systématiquement les principaux problèmes et contre-mesures du processus d'extrusion à chaud des alliages de titane.
一, analyse des difficultés et mécanismes du processus
1. Contrainte de différence de température due à une faible conductivité thermique
Alliage en titanea une faible conductivité thermique (environ 6,7 W / (m · k)), qui ne représente que 1/3 d'alliage d'aluminium et 1/5 d'acier. Pendant le processus d'extrusion à chaud, si la température du cylindre d'extrusion est de 400 degrés, la différence de température entre la couche de surface et le noyau de la billette peut atteindre 200 à 250 degrés. Ce gradient significatif entraîne:
Le métal de surface forme une "coquille dure" avec une forte résistance et une faible plasticité en raison d'un refroidissement rapide.
Le métal central maintient une température élevée et un état de plasticité élevé;
La déformation des couches intérieure et externe n'est pas coordonnée, entraînant une contrainte de traction supplémentaire, qui est la principale cause de fissures de surface.
Selon les statistiques, le taux de fissure de surface des barres d'alliage de titane non optimisées est aussi élevé que 35%, tandis que les produits d'alliage en aluminium similaires sont généralement inférieurs à 5%.
2.Phase Changement de sensibilité et d'inhomogénéité du flux
La température de transition + / phase dealliage en titaneaffecte de manière significative le comportement d'écoulement du matériau:
Extrusion dans la zone de phase (au-dessus du point de transition de la phase): bonne fluidité, mais sujette aux défauts de surface tels que la peau d'orange;
Extrusion dans la région de phase + (en dessous du point de changement de phase): le métal montre un débit en couches, et la différence de débit du centre de surface peut atteindre 20% à 30%, ce qui entraîne une flexion excessive.
Dans l'industrie, la température de chauffage est généralement contrôlée au milieu de la zone de phase + (par exemple, 920–950 degrés pour les alliages TC4) pour équilibrer la qualité de la surface et l'uniformité d'écoulement.
3. Mold - Réaction et usure de l'interface Billet
À une température élevée de 980–1030 degrés,alliages en titanesont sujets aux réactions eutectiques avec le fer - ou les matériaux de moule à base de nickel -, formant des phases de points de fusion faibles tels que Tife et Tini, entraînant une usure d'adhésion de moisissure et un pelage. Sans le processus de lubrification, la durée de vie de la moisissure n'est que de 200 à 300 pièces; Après avoir utilisé du lubrifiant en verre, il peut être soulevé à plus de 1500 pièces.
Les fonctions principales des lubrifiants comprennent:
Isolement à haute température: former un film liquide au-dessus de 800 degrés pour bloquer le contact direct;
Réduction de la friction et réduction de la traînée: réduire le coefficient de frottement de 0,8 à 0,1 à 0,2;
Inhibition de l'oxydation: contrôler l'épaisseur de la couche d'oxyde à la surface pour éviter les défauts causés par l'incorporation de l'échelle d'oxyde dans la matrice.
2, Optimisation des processus et stratégie de contrôle des flux
1. Optimisation des méthodes d'extrusion et des conditions de frottement
Extrusion inverse: l'uniformité du débit métallique est augmentée de 40% par rapport à l'extrusion vers l'avant, et la "zone morte" est réduite car le frottement est cohérent avec la direction d'extrusion.
Extrusion à froid: adapté aux barres de petit diamètre, l'uniformité de l'écoulement est meilleure que l'extrusion à chaud et l'écart type du débit est réduit de 25%;
Lubrification composite: en utilisant le lubrifiant basé sur le graphite + l'huile -, le coefficient de non-inégalité de l'écoulement peut être réduit de 0,35 à 0,18.
2. Contrôle coordonné de vitesse et de température
L'augmentation de la vitesse d'extrusion (telle que 1 → 5 mm / s) augmentera la différence de débit de débit de 3 fois, qui doit être compensée par la régulation de la vitesse dynamique.
La température de préchauffage du cylindre d'extrusion et du filie (jusqu'à 400–450 degrés et 350–400 degrés respectivement) a été contrôlée pour faire la différence de température entre la face finale de la billette inférieure ou égale à 50 degrés et l'uniformité du débit a augmenté de 15%.
3. Conception de la structure de la moisissure
L'angle de cône du moule est réduit de 120 degrés à 90 degrés, ce qui peut réduire le coefficient de flux inégal de 18%.
La disposition de moisissure poreuse asymétrique du "grand trou central et un petit trou périphérique" est adoptée, ce qui augmente le débit périphérique de 12% et rend l'équilibre global plus équilibré.
La déformation totale est contrôlée à 60% à 70% pour éviter la stagnation ou la fissuration en raison de l'insuffisance (<40%) or excessive (>80%).
3, cas typique: TC4alliage en titaneOptimisation du processus d'extrusion de barre
Une entreprise a réduit le taux de fissure de surface de la barre TC4 de 28% à moins de 3% grâce aux mesures complètes suivantes:
Système de chauffage: trois - chauffage de scène (600 degrés → 850 degrés → 930 degrés), le temps de préservation de la chaleur est calculé en fonction du diamètre de 1,5 minutes par millimètre;
Schéma de lubrification: le lubrifiant en verre de 0,2 mm est enduit à la surface de la billette, et le revêtement de nitrure de bore est pulvérisé dans le moule;
Vitesse - Lien de température: la vitesse d'extrusion initiale est de 1 mm / s, la vitesse est augmentée à 3 mm / s lorsque la queue vide entre dans la zone de déformation et la température du cylindre d'extrusion est augmentée de 400 degrés à 420 degrés;
Conception du moule: angle de cône à 100 degrés et matrice asymétrique à 6 trous, le diamètre du trou central est 15% plus grand que la périphérie.
La qualité optimisée du produit est considérablement améliorée: la rectitude est passée de 3 mm / m à 1 mm / m, et la rugosité de surface PR inférieure ou égale à 0,8 μm conformément aux normes aérospatiales.
4, direction du développement futur
1. Contrôle de processus intelligent
La technologie numérique jumeau est introduite pour prédire l'état de flux métallique via une simulation de temps réelle - et ajuster dynamiquement les paramètres de processus.
2. Innovation du matériau de moisissure
Nous avons développé des moules composites de gradient avec une surface en alliage à base de cobalt - etalliage en titaneCore, en tenant compte de la résistance à l'usure à haute température et de la structure légère.
3. Échographie - Extrusion assistée
L'utilisation de vibrations de fréquence - élevées pour réduire la contrainte d'écoulement devrait réduire la force d'extrusion de 20% à 30%, améliorant encore la qualité et l'efficacité de la moulure.
Bar en alliage en titaneL'extrusion chaude est une "température - typique - Flow" Multi - Processus de couplage de champ. En contrôlant la température de transition de phase, en optimisant l'interface de lubrification, en innovant avec précision la structure de la moisissure et en introduisant des méthodes de contrôle intelligentes, il peut résoudre efficacement des problèmes d'étranglement tels que des fissures et des plis, et promouvoir le développement de la haute précision- dans le coût élevé - Fabrication. Avec l'intégration profonde du génome matériel et de l'intelligence industrielle, le processus d'extrusion à chaud en alliage en titane évolue vers une nouvelle étape de «personnalisation et zéro défauts.