Kuusi tekijää, jotka säätelevät metallin virtausta titaaniseoksen ekstruusiossa
Mar 13, 2024
Titaaniaihiot puristetaan lämmönjohtavuudella, joka on lähellä kymmenesosaa alumiinin lämmönjohtavuudesta, joten muodonmuutoksen synnyttämä lämpö ja säiliön tuottama lämpö eivät koskaan tasoittu poikkileikkauksella. Tämä yksittäinen fyysinen tosiasia selittää, miksi metallin virtauksen säätö titaanin suulakepuristuksessa on paljon vaativampaa kuin kuparissa, alumiinissa tai jopa hiiliteräksessä.
Miksi titaani käyttäytyy eri tavalla ekstruusiosäiliön sisällä
Kun titaanitango tai titaaniseoksesta valmistettu tankoaihio työnnetään muotin läpi, kuori ja ydin eivät ole lähes koskaan samassa lämpötilassa. Säiliön lämpötilassa noin 400 astetta ulkokerroksen ja aihion keskikohdan väliseksi eroksi on mitattu 200-250 astetta. Tämän gradientin alla pinnalla ja ytimellä on hyvin erilainen lujuus ja plastisuus, joten muodonmuutos on epätasainen: hitaampi ydin vetää nopeampaa ihoa vasten, pintakerrokseen muodostuu ylimääräistä vetojännitystä ja tuote voi jättää suulakkeen halkeamia ja saumoja, jotka ovat jo alkaneet.
Seuraukset eivät ole kosmeettisia. Epätasainen virtaus jättää jäännösjännityksen, joka ilmenee myöhemmin keulana, kierteenä tai ulos-kierteisenä-työstön jälkeen. Putken suulakepuristuksessa se tuottaa seinämän-paksuuden epäkeskisyyden, jota kylmäveto yksinään ei voi korjata. Toimittaja, joka pystyy pitämään tiukan samankeskisyyden ekstrudoidussa titaaniputkessa, todella vahvistaa, että tätä gradienttia hallittiin, ei jätetty huomiotta.
Kuinka aihion vaihetila määrittää virtauskuvion
Virtauskäyttäytyminen muuttuu lejeeringin vaihetilan mukaan. Ekstrudointi alfa- tai alfa+beta-kentän sisällä antaa huomattavasti tasaisemman virtauksen kuin beeta-kentässä, vaikka beeta-ekstruusio tarjoaa pienemmän virtausjännityksen ja on joskus ainoa tapa saavuttaa vaadittu vähennys tietyllä puristimella. Tämä kauppa-selvitetään ennen kuin aihio saavuttaa puristimen, koska aihion lämmityslämpötila on muuttuja, joka valitsee vaiheen.
Myös kemialla on väliä. Seostamattomat laadut, kuten Grade 1 - Grade 4 ja lähes -alfa-lejeeringit, käyttäytyvät eri tavalla kuin alfa+beta Grade 5 (Ti-6Al-4V) -perhe, ja beetaseokset eroavat jälleen. Yhdelle perheelle kirjoitettua lehdistöaikataulua ei pidä kopioida toiselle. ASTM B348 tangolle ja aihiolle sekä ASTM B338 ja ASTM B861 putkelle, korjaa toimitetun kemian, mekaaniset ominaisuudet ja testauksen, mutta jätä termomekaaninen reitti valmistajalle, ja tämä reitti on juuri siellä, missä virtauksen ohjaus elää.
The Six Factors, luokiteltu Shop{0}}Floor Impactin mukaan
Tuotantopuristimessa muuttujat pienenevät kuuteen, jonka perusteella prosessiinsinööri voi itse asiassa toimia.
| Tekijä | Vaikutus virtauksen tasaisuuteen | Käytännön suunta |
|---|---|---|
| Ekstruusiomenetelmä | Käänteinen suulakepuristus on tasaisempaa kuin eteenpäin; kylmä yhtenäisempi kuin kuuma; voideltu tasaisemmin kuin kuivana | Käytä voideltua epäsuoraa reittiä, jos puristin sen sallii |
| Ekstruusionopeus | Nouseva männän nopeus lisää epätasaista virtausta ja lämpötilagradienttia | Nopeusrajoitus osilla, joissa on tiukat seinän epäkeskisyysrajat |
| Ekstruusiolämpötila | Korkeampi aihion lämpötila alentaa muodonmuutosvastusta, mutta lisää epätasaista virtausta | Purista alfa- tai alfa+beta-kentässä, kun pinnan laadulla on merkitystä |
| Voitelu | Voiteluaineet vähentävät kitkaa aihion ja säiliön välillä ja tasoittavat virtausrintamaa | Älä koskaan kuivaa; lasi- tai grafiitti{0}}pohjaiset järjestelmät ovat tavallisia titaanille |
| Muotin geometria | Sisääntulokulma ja maan pituus asetetaan kuolleet{0}}metallivyöhykkeet ja vastapaine | Yhdistä suulake supistukseen pikemminkin kuin varastomalliin |
| Aihion kunto | Pinta-asteikko, valurakenne ja liotusaika muuttavat virtauksen etulinjaa | Kone tai käsittele aihio ennen lastausta |
Die Wear and the Iron- and Nickel-Base Tooling Problem
Työkalu on tarinan toinen puoli. Suulakepuristuslämpötilassa titaani reagoi rauta--- ja nikkeli--pohjaisten muottimateriaalien kanssa kosketuspinnalla ja muodostaa alhaalla-sulavaa eutektiikkaa, mikä aiheuttaa kuoppaa ja nopeaa muotin kulumista. Tämä on tärkein syy, miksi titaanin ekstruusio ilman voitelua on epäkäytännöllistä kaupallisessa puristimessa. Muotit tarvitsevat siksi runsaasti maatukea, lyhyitä tarkastusvälejä ja voitelukalvon, joka kestää koko iskun.
Samat reaktiivisuus tarkoittaa suulaketta, säiliön vuorausta ja nuken lohkomateriaaleja tulisi arvioida yhteensopivuuden titaanin kanssa pikemminkin kuin pelkän kovuuden perusteella. Ruostumattoman teräksen työskentelyssä hyvin toimiva työkalu voi silti naarmuuntua titaanikäytössä.
Käytännön aloituspisteitä sauvojen ja putkien suulakepuristamiseen
| Tuote | Aihion käsittely | Tyypillinen ekstruusioikkuna | Virtauksen säätövipu |
|---|---|---|---|
| Seostamaton titaani sauva (luokat 1-4) | Koneistettu, esilämmitetty kontrolloidussa ilmakehässä | Alfa-kentän suulakepuristus kohtuullisella paininnopeudella | Säiliön ja muotin esilämmitys |
| Ti-6Al-4V sauva (luokka 5) | Täysin liotettu ennen lastausta | Alfa+beta tai beta-kenttä, paine{1}}ohjattu aloitus | Rampin nopeusramppi läpimurron yhteydessä |
| Saumaton putkikuori | Keskitetty, voideltu aihio | Pienempi nopeus kuin tanko samalla vähennyksellä | Karan kohdistuksen ja seinän epäkeskisyyden valvonta |
Nämä ovat myymälän{0}}aloituspisteitä, eivät määrittelyrajoja. Toimitetun tuotteen valvontaasiakirjat ovat edelleen ASTM B348 tangon ja aihion osalta ja ASTM B338 ja ASTM B861 putken ja putken osalta.
Kuinka virtauksen tasaisuus näkyy valmiissa tuotteessa
Tasainen virtaus näkyy kauan ennen metallografiaraporttia. Se näkyy tasaisena raekoona pinnasta keskustaan hehkutuksen jälkeen, matalana jäännöskaarena oikaisun jälkeen, seinämänpaksuutena samankeskisenä muutaman millimetrin kymmenesosan sisällä ja puhtaana peitattuina pintana, jossa ei ole käänne- tai saumamerkkejä. Kun ultraääni--pyörrevirtatestaus on osa tilausta, tasainen virtaus pitää hylkäysnopeuden alhaisena, koska anturin havaittavissa ei ole virtaus-vikoja.
Ostajille hyödyllinen kysymys ei ole siitä, onko lehdistö riittävän suuri, vaan kuinka näitä kuutta tekijää ohjataan ja tallennetaan. Tuottaja, joka osaa kuvailla aihion liotuksen, voiteluaineen, painin-nopeusprofiilin ja muotin huoltovälin, kuvaa vakaata prosessia.
Usein kysytyt kysymykset
Q:Mikä on suurin yksittäinen tekijä, joka vaikuttaa metallin virtaukseen titaanin suulakepuristuksessa?
V: Aihion lämpötila, koska se valitsee lejeeringin vaihetilan ja siten koko latauksen virtausjännityksen ja kitkakäyttäytymisen.
Q:Miksi käänteinen suulakepuristus on tasaisempaa kuin eteenpäin ekstruusio?
V: Käänteispuristuksessa aihio ei liuku kontin seinää pitkin, joten kitka poistuu suurelta osin ja virtausrintama pysyy tasaisena.
Q:Parantaako korkeampi ekstruusiolämpötila aina pinnan laatua?
V: Ei. Korkeampi lämpötila alentaa muodonmuutosvastusta, mutta laajentaa lämpötilagradienttia ja lisää epätasaista virtausta, mikä edistää pinnan halkeilua alfa+beta-seoksissa.
Q:Miksi voitelu on pakollista titaanille, mutta ei aina teräkselle?
V: Titaani reagoi rauta--perus- ja nikkeli--suulakemateriaalin kanssa ekstruusiolämpötilassa muodostaen alhaalla-sulavaa eutektiikkaa, joten kuiva kosketus aiheuttaa kuoppaa ja nopeaa muottien kulumista.
Q:Mitkä standardit määrittelevät toimitettavan titaanitangon tai -putken?
V: ASTM B348 kattaa titaanitangon, aihion ja taontamassan, kun taas ASTM B338 ja ASTM B861 kattavat saumattomat ja hitsatut putket ja putket; ne korjaavat kemian ja ominaisuudet, eivät suulakepuristusaikataulua.
