I. พื้นฐานทางทฤษฎีและลักษณะทางเทคโนโลยีของการแปรรูปพลาสติกโลหะผสมไทเทเนียม
1. หลักการทั่วไปของการแปรรูปพลาสติกโลหะ สาระสำคัญของการแปรรูปพลาสติกโลหะผสมไททาเนียมคือการใช้ความสามารถในการเปลี่ยนรูปพลาสติกของโลหะแข็งเพื่อเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคด้วยแรงภายนอก ในที่สุดจะได้วัสดุไทเทเนียมที่มีรูปร่างและคุณสมบัติที่ต้องการ กระบวนการนี้เป็นไปตามทฤษฎีคลาสสิกของการแปรรูปพลาสติกโลหะ ได้แก่ :
• ความสัมพันธ์ของความเครียด-: ความเครียดในการไหลของโลหะผสมไทเทเนียมแสดงความสัมพันธ์แบบไม่-เชิงเส้นกับอุณหภูมิการเสียรูปและอัตราความเครียด
• กลไกการตกผลึกซ้ำ: การตกผลึกซ้ำแบบไดนามิกเป็นกุญแจสำคัญในการกลั่นเมล็ดพืชและปรับปรุงความเป็นพลาสติก
• แรงเสียดทานและการหล่อลื่น: ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างการรีดส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของรูปร่างแผ่น ฉันทามติทางเทคนิค: การแปรรูปโลหะผสมไทเทเนียมจำเป็นต้องมีความสมดุลระหว่างอุณหภูมิ ปริมาณการเปลี่ยนรูป และการควบคุมออกซิเดชัน เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดเกรนหยาบและข้อบกพร่องที่พื้นผิว
2. ความท้าทายเฉพาะของโลหะผสมไทเทเนียม เมื่อเปรียบเทียบกับโลหะแบบดั้งเดิม เช่น เหล็ก ทองแดง และอลูมิเนียม ความยากในการประมวลผลของโลหะผสมไทเทเนียมอยู่ที่:
• ความต้านทานการเสียรูปสูง: ความแข็งแรงของผลผลิตของไทเทเนียมบริสุทธิ์เป็นสามเท่าของอลูมิเนียม และอัตราการแข็งตัวของโลหะผสมไทเทเนียม (เช่น GR5) สูงถึงสองเท่าของเหล็ก
• หน้าต่างพลาสติกที่แคบ: ไทเทเนียมบริสุทธิ์มีความเป็นพลาสติกต่ำที่อุณหภูมิห้อง และต้องรีดร้อนที่ 200-450 องศา หรือรีดร้อนที่สูงกว่า 800 องศาเพื่อให้ได้ขึ้นรูปที่ดี
• ไวต่อการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง-: ไทเทเนียมออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วเหนือ 600 องศา ทำให้เกิดชั้นออกไซด์ที่แข็งและเปราะ (TiO₂) ซึ่งเพิ่มความยากในการประมวลผลในภายหลัง
• มีแนวโน้มดูดซับก๊าซสูง: ดูดซับองค์ประกอบคั่นระหว่างหน้า เช่น ไฮโดรเจนและออกซิเจนได้อย่างง่ายดายในระหว่างการให้ความร้อนหรือการดอง ทำให้เกิด "การเปราะของไฮโดรเจน" หรือ "การเปราะของออกซิเจน" กรณีศึกษา: ในการผลิตแผ่นโลหะสำหรับการบินและอวกาศ ข้อผิดพลาดในการควบคุมอุณหภูมิความร้อนส่งผลให้ชั้นออกไซด์มีความหนามากเกินไป ส่งผลให้แผ่นโลหะทั้งชุดถูกทิ้งในที่สุด ส่งผลให้สูญเสียเงินหลายล้านหยวน
ครั้งที่สอง ผังกระบวนการหลักสำหรับการผลิตแผ่นโลหะผสมไทเทเนียม แถบ และฟอยล์
1. การเตรียมพื้นและการปรับสภาพพื้น
• การเลือกวัตถุดิบ: แท่งไทเทเนียมความบริสุทธิ์สูง-ที่เตรียมโดยใช้กระบวนการ VAR (การกลั่นอาร์เซนิกสุญญากาศ) หรือกระบวนการ EB (การกลั่นลำแสงอิเล็กตรอน) โดยมีปริมาณสิ่งเจือปนน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.1%;
• การรักษาพื้นผิว: ขจัดข้อบกพร่องที่พื้นผิว (เช่น รอยแตกร้าวและรอยตำหนิ) ออกจากแท่งโลหะโดยการพ่นทรายหรือการหมุนเพื่อป้องกันการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวในระหว่างการประมวลผล
• การควบคุมมิติ: การออกแบบความหนาของแผ่นคอนกรีตตามข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป โดยทั่วไปความหนาของแผ่นพื้นรีดร้อน-คือ 150-300 มม. ข้อกำหนดมาตรฐาน: ความหยาบผิวของแผ่นคอนกรีต Ra น้อยกว่าหรือเท่ากับ 3.2μm เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรในการกลิ้งในภายหลัง
2. การควบคุมกระบวนการทำความร้อน
• เครื่องทำความร้อนแบบรีดร้อน:
• วิธีการทำความร้อนแบบแบ่งส่วน: ขั้นแรก ให้ความร้อนถึง 600 องศา ในอัตราน้อยกว่าหรือเท่ากับ 50 องศา/ชม. ค้างไว้ 2 ชั่วโมง จากนั้นให้ความร้อนอย่างรวดเร็วถึง 950-1050 องศา ( + ขอบเขตเฟส);
• การป้องกันบรรยากาศ: ใช้ก๊าซอาร์กอนหรือใช้การให้ความร้อนแบบสุญญากาศในเตาให้ความร้อนไฟฟ้าเพื่อลดอัตราการเกิดออกซิเดชัน
• ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ: ตรวจสอบแบบเรียลไทม์ด้วยเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรด ค่าเบี่ยงเบนของอุณหภูมิน้อยกว่าหรือเท่ากับ ±10 องศา
• เครื่องทำความร้อนแบบกลิ้งอุ่น: ควบคุมที่ 650-750 องศา ความหนาของชั้นออกไซด์น้อยกว่าหรือเท่ากับ 2μm สามารถกำจัดออกได้โดยตรงโดยการดอง พารามิเตอร์หลัก: ต้องควบคุมความเบี่ยงเบนของอุณหภูมิความร้อนภายใน ±10 องศา เพื่อหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่นที่นำไปสู่การหยาบของเมล็ดพืช
3. การออกแบบกระบวนการรีด
(1) กระบวนการรีดร้อน
• อุณหภูมิกลิ้งเริ่มต้น: 980-1020 องศา อุณหภูมิกลิ้งสุดท้ายมากกว่าหรือเท่ากับ 850 องศา ;
• ส่วนลดต่อรอบ: ลดรอบแรกน้อยกว่าหรือเท่ากับ 15%, รอบต่อมาค่อยๆ เพิ่มขึ้นเป็น 30%-40%;
• การควบคุมเกรน: การเสียรูปขั้นสุดท้ายจะเสร็จสมบูรณ์ในพื้นที่เฟส (น้อยกว่าหรือเท่ากับ 882 องศา) ปรับเกรนให้เป็นเกรด ASTM 8-10;
• การควบคุมรูปร่าง: ระบบม้วนดัดไฮดรอลิกใช้เพื่อควบคุมความเค้นตกค้างน้อยกว่าหรือเท่ากับ 50MPa
(2) กระบวนการรีดร้อน
• ช่วงอุณหภูมิ: 600-700 องศา ใช้คุณสมบัติการตกผลึกแบบไดนามิกของไทเทเนียมเพื่อปรับปรุงความเป็นพลาสติก
• การควบคุมชั้นออกไซด์: หลัง-ความหนาของชั้นออกไซด์กลิ้งน้อยกว่าหรือเท่ากับ 2μm ซึ่งสามารถกำจัดออกได้โดยตรงโดยการดอง
• การวางแผนการส่งผ่าน: การลดการส่งผ่านครั้งเดียวน้อยกว่าหรือเท่ากับ 8% การเสียรูปทั้งหมดน้อยกว่าหรือเท่ากับ 30% เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ขอบแตกร้าว ข้อดี: การรีดร้อนสามารถละเว้นกระบวนการหลอมขั้นกลางได้ ทำให้วงจรการผลิตสั้นลงมากกว่า 20%
(3) กระบวนการรีดเย็น
• การออกแบบหลายรอบ-: แผ่นบาง 0.3-1.8 มม. ต้องรีดเย็นใน 5-8 รอบ โดยควบคุมปริมาณการเสียรูปไว้ที่ 10%-15% ต่อการผ่าน;
• การหลอมขั้นกลาง: การหลอมด้วยสุญญากาศ (650 องศา /2 ชม.) จะดำเนินการเมื่อปริมาณการเปลี่ยนรูปสะสมถึง 30% เพื่อขจัดปัญหาการแข็งตัวของงาน
• คุณภาพพื้นผิว: นำเทคโนโลยีการหล่อลื่นแบบเคลือบม้วนมาใช้เพื่อลดข้อบกพร่องจากรอยขีดข่วน การรักษาวัสดุโลหะผสมสูง: สำหรับโลหะผสมประเภท + เช่น Ti-6Al-4V จำนวนการเสียรูปต่อการผ่านจะต้องลดลงเหลือ 5%-8% เพื่อป้องกันการแตกร้าวที่ขอบ
4. เสร็จสิ้นและหลังการรักษา-
• กระบวนการดอง:
• วิธีการสอง-ขั้นตอน: ขั้นแรก ชั้นออกไซด์จะถูกกำจัดออกโดยส่วนผสมของกรด 10%HF + 30%HNO₃ จากนั้นจึงผ่านกระบวนการด้วยกรดซิตริก 5%
• ทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม: พัฒนากระบวนการดองแบบไร้ฟลูออรีน-เพื่อลดปริมาณกรดไฮโดรฟลูออริกที่ใช้มากกว่า 80%
• กระบวนการยืดผม: ขจัดความเค้นตกค้างโดยใช้เครื่องหนีบผม 10- เพื่อให้ได้ความตรงน้อยกว่าหรือเท่ากับ 1 มม./ม.
• การตรวจสอบพื้นผิว: ตรวจพบข้อบกพร่องใต้ผิวหนังโดยใช้เครื่องตรวจจับข้อบกพร่องของกระแสไหลวนเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีรอยแตก รอยตำหนิ และข้อบกพร่องอื่นๆ
ที่สาม ทิศทางการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการและแนวโน้มอุตสาหกรรม
1. เทคโนโลยีการขึ้นรูปรูปร่างใกล้-สุทธิ-: การพัฒนาเทคโนโลยีการรีดที่มีความแม่นยำเพื่อลดค่าเผื่อการตัดจาก 3 มม. แบบเดิมเหลือไม่เกิน 0.5 มม.
2. การควบคุมอัจฉริยะ: การแนะนำเทคโนโลยีดิจิตอลแฝดเพื่อตรวจสอบแรงหมุน สนามอุณหภูมิ และพารามิเตอร์อื่นๆ แบบเรียลไทม์ ช่วยให้สามารถปรับกระบวนการแบบปรับเปลี่ยนได้
3. การผลิตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม: ส่งเสริมกระบวนการ-ฟลูออรีนดองฟรีเพื่อลดความเสี่ยงต่อมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม
4. การประมวลผลแบบคอมโพสิต: สำรวจเทคโนโลยีการขึ้นรูปคอมโพสิตด้วยเลเซอร์-เพื่อทะลุขีดจำกัดอุณหภูมิห้องในการขึ้นรูปโลหะผสมไทเทเนียม
5. การขึ้นรูปซูเปอร์พลาสติก: บรรลุความเป็นพลาสติกยิ่งยวดของโลหะผสมไททาเนียมที่ 850-950 องศาผ่านการควบคุมโครงสร้างจุลภาคเพื่อการขึ้นรูปชิ้นส่วนโครงสร้างที่ซับซ้อนแบบบูรณาการ