Titaanin syväkäsittelyn ydinprosessit: taivutus, leimaaminen, kehruu ja putken laajentaminen

Syväkäsittely tekee titaanilevystä, -levystä, -putkesta ja -tankosta valmiita komponentteja, kuten putkien mutkia, kanavia, paineastioiden päitä, lämmönvaihdinputkia ja kehrättyjä koteloita. Titaania on vaikeampi muodostaa kuin terästä tai alumiinia, joten jokainen prosessi on sovitettava lejeeringin kunnon, seinämän paksuuden ja vaaditun lopullisen geometrian mukaan. Tässä artikkelissa tarkastellaan neljää ydintä syvän-prosessoinnin - taivutus, leimaaminen, kehruu ja putken laajentaminen - parametrien ja säätimien avulla, jotka määrittävät onnistumisen.

1. Miksi titaania on vaikea muodostaa

Kolme materiaalin ominaisuutta hallitsee titaanin muodostuskäyttäytymistä. Ensinnäkin kimmokerroin on noin 103-114 GPa, noin puolet teräksestä, mikä tuottaa suuren elastisen palautumisen (takaisinjousituksen) muotoilun jälkeen. Toiseksi myö{4}}lujuussuhde on korkea, joten muovinen työskentelyalue on kapea ja pienet virheet työkalun geometriassa johtavat suuriksi muotovirheiksi. Kolmanneksi titaani reagoi nopeasti hapen ja typen kanssa yli noin 600 C:ssa muodostaen hauraan alfakotelon, jota on vältettävä tai poistettava. Käytännön seuraukset: taivutus- ja stanssaustyökalut tarvitsevat ylitaivutusvarat, kuumamuovaus on tehtävä kontrolloidussa ympäristössä tai tiukoilla prosessiikkunoilla ja voitelun tulee estää osan ja työkalun pintojen väliin jääminen.

2. Titaaniputkien ja -profiilien taivutus

Putken taivutus yhdistää elastisen ja plastisen muodonmuutoksen; ulkoseinä ohenee ja sisäseinä paksunee, kun taas neutraali akseli siirtyy ulospäin. Titaaniputken taivutussäde on tyypillisesti 2–3 kertaa putken halkaisija tuurnan taivutuksessa, ja 5-15 asteen takaisinjousto on kompensoitava työkalun ylitaivutusmenetelmällä. Kylmätaivutus on käytännöllinen putkille, joiden ulkohalkaisija on alle noin 50 mm ja seinämän paksuussuhde, joka estää nurjahduksen; kylmätaivuttamisen jälkeen suositellaan jännitys-hehkutusta 480-650 C:ssa sitkeyden palauttamiseksi ja mittojen vakauttamiseksi. Kuumataivutus, joka suoritetaan pyörivänä vetotaivutuksena tai työntötaivutuksena 600-800 C:ssa, pienentää myötörajaa ja takaisinjoustoa merkittävästi ja mahdollistaa tiukemmat säteet ja paksummat seinät, mutta vaatii suojan hapettumista vastaan. Jännitys (venytystaivutus) on suositeltava suurisäteisille profiileille, joissa poikkileikkauksen vääristymä on minimoitava.

3. Titaanilevyn leimaaminen ja muotoilu

Titaanilevyn leimaaminen on kovempaa kuin hiiliteräksen tai alumiinin vaaditun suuremman taivutussäteen (yleensä 2-4 kertaa levyn paksuus 90- asteen taivutuksissa 2. asteessa, enemmän lujilla-lejeeringeillä) ja valssatun levyn vahvan suunnan vuoksi. Käytännössä käytetään kolmea reittiä: kylmämuovaus ohuille levyille (noin 3 mm asti) pienellä muodonmuutoksella ja kohtuullisella tarkkuudella; kuumamuovaus 600-800 C paksuille levyille ja suurille osille, joissa pienempi virtausjännitys mahdollistaa syvävedon; ja esimuovaus, jota seuraa kuumaoikaisu, joka yhdistää kylmätyöstön tarkkuuden ja kuumatyöskentelyn muovattavuuden monimutkaisia ​​muotoja varten. Titaanin syväveto vaatii huolellista aihionpitimen voiman hallintaa, runsaita kulmasäteitä ja tehokasta voitelua; välihehkutusta tarvitaan usein monivaiheisissa vedoissa.

4. Pyöriminen (pyörivä muotoilu)

Pyöriminen tai metallin kehruu muuttaa asteittain pyörivää aihiota karan päällä rullien avulla. Prosessi yhdistää taonta-, suulakepuristus-, venytys- ja taivutuselementit, ja se on erittäin tehokas akselisymmetrisille osille, kuten kartioille, kupuille, sylintereille ja suuttimille. Verrattuna puristusmuovaukseen, titaanin kehruu tarjoaa 20-50 % materiaalisäästöjä, koska aloitusaihio voi olla lähellä lopullista kehittynyttä muotoa, korkea pintakäsittely ja mittatarkkuus +/-0,5 mm:n tai paremmalla halkaisijalla. Leikkauskehruu (virtausmuovaus) voi tarkoituksellisesti pienentää seinämän paksuutta, mikä tuottaa saumattomia kartiomaisia ​​ja sylinterimäisiä kuoria, joissa on hienostunut raerakenne ja paremmat mekaaniset ominaisuudet. Kehruussa valmistettuja titaaniosia ovat ilmailukanavat, kemikaalisäiliöiden päät, rakettimoottorien kotelot ja sentrifugit.

5. Putken laajennus ja putken-ja-putken liitokset

Putken laajentaminen on mekaaninen liitosmenetelmä, joka muuttaa putken seinämän säteittäisesti uriksi tai putkilevyn reikää vasten vuodon-tiiviin,-kuormituksen kantavan liitoksen luomiseksi. Sitä käytetään laajalti kuori-ja -putkilämmönvaihtimissa, lauhduttimissa ja jäähdyttimissä. Kolme tekniikkaa ovat yleisiä: mekaaninen valssaus, jossa kartiomaiset rullat laajentavat putkea säädetyllä vääntömomentilla; hydraulinen tai joustava laajennus, joka käyttää nestepainetta tai joustavaa rakkoa tasaiseen laajenemiseen pitkiä pituuksia pitkin; ja räjähtävä laajennus, jossa räjähtävä panos laajentaa putken lähes välittömästi, sopii paksuihin putkilevyihin ja vaikeisiin materiaaleihin. Laajenemisastetta on säädettävä tarkasti - tyypillisesti 3-8 % seinän pienennys sauman rakenteesta riippuen -, koska ali-laajenemisvuodot ja yli{12}}laajeneminen aiheuttavat seinämien ohenemista, työskentelykovettumista ja jännityskorroosioherkkyyttä. Laajentamisen jälkeen putken pää usein levitetään tai hitsataan putkilevyyn vahvemman tiivistyksen saamiseksi, ja liitos painetestataan soveltuvan koodin mukaisesti.

6. Prosessin valinta ja laadunvalvonta

Valitse prosessi geometrian mukaan: akselisymmetriset ontot osat suosivat kehruuta; prisma tai laatikko{0}}osat suosivat leimaamista; putket ja profiilit suosivat taivutusta; putki---putkiliitokset suosivat laajentamista. Reitistä riippumatta tarkista seoksen kunto (hehkutettu, kylmäkäsitelty tai liuoskäsitelty), säädä muovauslämpötilaa määritetyssä ikkunassa, käytä asianmukaisia ​​voiteluaineita ja tarkasta pinnan halkeilu, appelsiinin kuori, seinämän -oheneminen yli sallitun ja alfakotelon mahdollisen kuumatyöstön jälkeen. Mittatarkistukset, väri-läpäisytestaus epäilyttävillä alueilla ja kovuus- tai vetolujuustarkistus testikupongissa täydentävät hyväksymispaketin. Muotoillut titaanikomponentit toimitetaan normaalisti samojen materiaalistandardien mukaisesti kuin lähtötuote, esimerkiksi ASTM B338 tai ASME SB338 putkeen, jolloin muodostusreitti on dokumentoitu valmistusasiakirjassa.

7. FAQ

Q1: Mikä on titaaniputken pienin taivutussäde?

Halkaisijaltaan pienen -hehkutetun putken tuurnataivutuksessa keskiviivan säde, joka on 2–3 kertaa putken halkaisija, on yleinen minimi; Tiukemmat säteet vaativat kuumataivutusta, erikoistyökaluja tai erilaisia ​​seosolosuhteita.

Q2: Joustaako titaani enemmän kuin teräs?

Kyllä, merkittävästi. Koska titaanin kimmokerroin on noin puolet teräksen kimmomoduulista, takaisinjousto on noin kaksi tai kolme kertaa suurempi; työkaluissa on oltava ylitaivutuksen kompensointi, joka on tarkistettu koemuotoilulla.

Q3: Voiko titaanilevyä syvävetää?

Kyllä, rajoituksin. Grade 1 ja Grade 2 arkki vetää hyvin, kun kulmasäteet ovat suuret, aihion pidikevoimaa hallitaan ja voitelu on tehokasta; lujat seokset, kuten luokka 5, vaativat yleensä kuumamuovauksen tai välihehkutuksen syvävetoa varten.

Kysymys 4: Mitä etua kehruulla on titaanin leimaamiseen verrattuna?

Kehruu käyttää pienempiä muovausvoimia, vaatii halvempia työkaluja ja säästää 20-50 % materiaalia akselisymmetrisiin osiin. Samalla saavutetaan hyvä pintakäsittely ja hallittu seinämän paksuus leikkauskehruulla.

Q5: Kuinka laajenemisastetta ohjataan putken laajenemisessa?

Ohjaamalla vääntömomenttia mekaanisessa rullauksessa, painetta hydraulisessa laajennuksessa tai panoksen kokoa räjähdysmäisessä laajennuksessa ja varmistamalla putken seinämän mittaukset ja näyteliitosten ulosveto-{0}}tai painetestit.

Q6: Mitä vikoja tulee tarkastaa titaanin kuumamuovauksen jälkeen?

Tarkista alfa-kotelo (happi{0}}rikas hauras pintakerros), riittämättömästä suojauksesta johtuvat värimuutokset, kulmien halkeamat, liiallinen seinämän oheneminen ja vääristymät. Poista alfakotelo koneistamalla tai peittamalla ennen huoltoa.