Hoe maak je een titanium smeedoven?

Bij hoogwaardige productie en precisiebewerking zijn titaniumsmeedstukken, vanwege hun hoge sterkte, corrosieweerstand en lichtgewicht eigenschappen, kernmaterialen geworden voor cruciale componenten zoals vliegtuig- motorbladen en structurele onderdelen van ruimtevaartuigen. Als kernuitrusting in het smeedproces moet de titaniumsmeedoven zo worden ontworpen dat hij nauwkeurig overeenkomt met de fysieke eigenschappen van titaniumlegeringen, met een -lage thermische geleidbaarheid, hoge vervormingsweerstand en hoge- temperatuuroxidatiegevoeligheid. Van het verwarmingssysteem tot de matrijsstructuur, van temperatuurbeheersing tot smeerprocessen, elk aspect moet de technische grenzen van het traditionele smeden van metalen doorbreken om een ​​perfecte plastische vervorming van titaniumlegeringen te bereiken.

Het smalle smeedtemperatuurvenster en de extreme gevoeligheid voor oxidatie van titaniumlegeringen bepalen rechtstreeks de kernontwerplogica van het verwarmingssysteem van de titanium smeedoven. Traditioneel smeden van koolstofstaal kan werken binnen een breed temperatuurbereik van 800-1200 graden, terwijl de optimale smeedtemperatuur voor titaniumlegeringen (zoals TC4) geconcentreerd is tussen 900-950 graden; Als dit bereik met 20 graden wordt overschreden, kan dit leiden tot korrelvergroving of barsten. Daarom vereisen titaniumsmeedovens technologie voor temperatuurregeling met twee zones: de hoofdverwarmingszone verwarmt de knuppel nauwkeurig tot de doeltemperatuur met behulp van weerstandsdraden of inductiespoelen, terwijl de vasthoudzone de temperatuuruniformiteit handhaaft door circulerende hete lucht, waarbij het temperatuurverschil binnen ± 5 graden wordt geregeld. Een oven voor het smeden van titanium die wordt gebruikt door een smeedbedrijf in de lucht- en ruimtevaart, maakt bij het verwarmen van een φ600 mm titaniumstaaf gebruik van een gesegmenteerde verwarmingscurve (verwarmen van 300 graden/uur tot 600 graden, vervolgens van 150 graden/uur tot 950 graden), gecombineerd met realtime feedback van een infraroodthermometer, waardoor het temperatuurverschil tussen het midden van de knuppel en het oppervlak van de conventionele 80 graden naar 15 graden wordt verminderd, waardoor de interne temperatuur aanzienlijk wordt verminderd. scheuren veroorzaakt door thermische spanning.

Het ontwerp van het matrijssysteem is de sleutel tot het overwinnen van technische knelpunten in titaniumsmeedovens. Titaniumlegeringen hebben een slechte vloeibaarheid en hoge viscositeit; conventionele smeedmatrijzen zijn gevoelig voor het terugstromen van metaal of vastlopen als gevolg van overmatige wrijving. Daarom vereisen matrijzen voor titaniumsmeedovens een structuur met twee- lagen: de binnenlaag is een op nikkel-gebaseerde hoge- temperatuurlegering (zoals een K3-legering), die temperaturen tot 1000 graden kan weerstaan ​​en niet chemisch reageert met titaniumlegeringen; de buitenste laag is een skelet van koolstofstaal, gekoeld door watercirculatiekanalen om te voorkomen dat de matrijs zacht wordt als gevolg van langdurige hoge temperaturen. De hoekradius van de matrijs moet 30% groter zijn dan die van stalen smeedmatrijzen om de spanningsconcentratie te verminderen; de oppervlakteruwheid van de matrijsholte moet onder Ra0,8μm worden gehouden en er wordt een smeermiddel op grafiet-water-gespoten om de wrijvingscoëfficiënt te verlagen van 0,5 naar 0,05. Een bedrijf ontwikkelde een isothermische smeedmatrijs voor de productie van TC11-bladen van titaniumlegering. Door de matrijstemperatuur te stabiliseren op 920 graden (temperatuurverschil met de knuppel kleiner dan of gelijk aan 30 graden) en een hydraulische pers van 500 ton te gebruiken voor langzame extrusie (vervormingssnelheid 0,5 mm/s), werd de continue stroom van de smeedstukken met succes verbeterd tot 98%, veel hoger dan de 75% van conventioneel smeden.

De intelligente verbetering van het temperatuurcontrolesysteem is een ander kernaspect van de technologische iteratie van titaniumsmeedovens. Onder de 850 graden neemt de vervormingsweerstand van titaniumlegeringen exponentieel toe; De vervormingsweerstand van de TC4-legering bij 700 graden is bijvoorbeeld vier keer zo groot als bij 950 graden. Daarom moeten titaniumsmeedovens meer-traps temperatuurregelmodules integreren: de verwarmingsfase gebruikt een PID-algoritme om de verwarmingssnelheid nauwkeurig te regelen; de smeedfase maakt gebruik van dubbele monitoring met infraroodthermometers en thermokoppels om het verwarmingsvermogen in realtime aan te passen; en de koelfase maakt gebruik van gefaseerde luchtkoeling (eerst snelle koeling op 600 graden, daarna natuurlijke koeling op 300 graden) om abnormale -faseneerslag als gevolg van te snelle koeling te voorkomen. Een slimme titanium-smeedoven, ontwikkeld door een onderzoeksinstituut, heeft door het inbedden van 12 sets temperatuursensoren en AI-algoritmen het smeedtemperatuurschommelingenbereik teruggebracht van ±15 graden tot ±3 graden, waardoor de treksterkte bij kamertemperatuur van TC18-smeedstukken van titaniumlegering is toegenomen van 1100 MPa tot 1250 MPa en de rek van 8% naar 12%.

Van turbineschijven in vliegtuig-motoren tot drukrompen in- diepzeeonderzeeërs: technologische doorbraken in titaniumsmeedovens hervormen de grenzen van de hoogwaardige- productie. De kernwaarde ligt niet alleen in het bereiken van precisievorming van titaniumlegeringen, maar ook in het ontsluiten van het ultieme potentieel van materiaaleigenschappen door de gecoördineerde controle van temperatuur, spanning en smering. Met de diepgaande integratie van numerieke simulatietechnologieën (zoals DEFORM-3D) en het industriële internet verschuiven titaniumsmeedovens van 'ervaring-gedreven' naar 'datagestuurd', wat een betrouwbaardere proceszekerheid biedt voor de toepassing van titaniumlegeringen in extreme omgevingen. Dit precieze samenspel van temperatuur en kracht zal de Chinese productie uiteindelijk naar hogere precisie en grotere betrouwbaarheid stuwen.