Procesoptimalisatie en prestatieanalyse van Ti-B25 titaniumlegeringbuisextrusie

Om de toepassing van Ti-B25 titaniumlegering in scheepscommunicatiesystemen te versnellen, gebruikte deze studie DEFORM-3D eindige elementen software om het buisextrusieproces te simuleren onder de omstandigheden van een vervormingstemperatuur van 900 graden en een reksnelheid van 0,1 s^-1 op basis van de constitutieve vergelijking die in de vroege fase was vastgesteld en de procesparameters die waren geoptimaliseerd door het warmwerkdiagram, en dit werd geverifieerd door middel van daadwerkelijke extrusie-experimenten. De resultaten tonen aan dat onder deze procesomstandigheden een Ti-B25 titaniumlegering buisknuppel met een diameter van 62 mm × 12 mm succesvol werd geëxtrudeerd, met een uitstekende oppervlaktekwaliteit en gerekristalliseerde korrels in de structuur. Na oplossingsverouderingsbehandeling bij 830 graden /1u + 600 graden /8u, vertoonde de buisknuppel een uitstekende sterkte-plasticiteitsmatch, die volledig voldeed aan de gebruiksvereisten van scheepsantennebuizen.

I. Constructie van het eindige elementenmodel
1. Geometrisch model
Figuur 1 toont een schematisch diagram van de geëxtrudeerde billet en de matrijs. Het driedimensionale model van de billet, extrusiecilinder en extrusiestaaf werd geconstrueerd met behulp van SolidWorks-software en omgezet in een STL-bestand dat kan worden herkend door DEFORM-3D-software.

Om de berekeningsefficiëntie te verbeteren, werd slechts 1/4 van de buis fijnmazig gemaakt (zie afbeelding 2) om de nauwkeurigheid en convergentie van het simulatieproces te garanderen.

2. Constitutief model
Op basis van het eerdere onderzoek naar het vervormingsgedrag van Ti-B25 titaniumlegeringen bij hoge temperaturen, maakt deze simulatie gebruik van een specifieke constitutieve vergelijking (de specifieke formule wordt hier weggelaten en weergegeven in de vorm van een afbeelding), die het reologische gedrag van het materiaal bij verschillende temperaturen en rekverhoudingen nauwkeurig beschrijft.

3. Parameterinstelling
Volgens het thermische verwerkingsdiagram van Ti-B25 titaniumlegering wordt de vervormingstemperatuur geselecteerd als 900 graden en de reksnelheid is 0.1 s^-1. Tegelijkertijd wordt de wrijvingscoëfficiënt tussen de knuppel en de matrijs ingesteld op 0,3 en de thermische geleidbaarheid op 5. Het simulatieproces gebruikt een stapgrootte van 0,5 mm, in totaal 600 stappen, en de gegevens worden elke 2 stappen opgeslagen om de volledigheid van de simulatieresultaten te garanderen.

II. Simulatieresultaten en analyse
1. Spanningsveldanalyse
Figuur 3 toont de spanningsveldverdeling van Ti-B25 titaniumlegering buis billets in verschillende stadia tijdens het extrusieproces. In het beginstadium is de grote spanning geconcentreerd aan de kop en staart van de buis; naarmate de extrusie vordert, neemt de spanning aanzienlijk toe nadat de voorkant de extrusiecilinder binnengaat, en de spanning wordt snel vrijgegeven na het passeren van de maatband. De maximale equivalente spanning blijft verschijnen bij de straal van de extrusiecilinder matrijs.

2. Spanningsveldanalyse
Figuur 4 laat de veranderingen in het spanningsveld zien tijdens het extrusieproces. De initiële spanning is klein en naarmate de buis door de maatband gaat, neemt de spanning sterk toe, vooral bij de straal van de maatband, waar gemakkelijk een vervormingsdode zone ontstaat en speciale aandacht moet worden besteed.

3. Temperatuurveldanalyse
Figuur 5 toont de temperatuurveldverdeling tijdens het extrusieproces. In het beginstadium koelt het oppervlak van de buisknuppel af door warmtewisseling en warmt het vervormingsdeel op door de omzetting van plastisch vervormingswerk in warmte-energie, wat resulteert in een ernstig ongelijkmatig temperatuurveld. Het hoogste en laagste temperatuurverschil is 170 graden, wat suggereert dat de vervormingstemperatuur strikt gecontroleerd moet worden en het matrijsontwerp geoptimaliseerd moet worden.

III. Experiment met buisextrusie
1. Evaluatie van de oppervlaktekwaliteit
Het experiment gebruikt de parameters van vervormingstemperatuur 900 graden, reksnelheid 0,1 s^-1 en extrusiesnelheid 50 mm/s voor extrusie. Zoals weergegeven in Figuur 6, heeft de geëxtrudeerde buis een hoge rechtheid en een glad oppervlak, maar er zijn kleine gebreken aan de voorkant vanwege een plotselinge temperatuurdaling en onstabiele vervorming, wat een normaal verschijnsel is.

2. Mechanische eigenschappen bij kamertemperatuur
Door middel van een vaste oplossing verouderingsbehandeling, vertoont de Ti-B25 titaniumlegering buis een uitstekende sterkte-plasticiteit matching, wat voldoet aan de strenge eisen van scheepsantennebuizen. Dit resultaat verifieert de nauwkeurigheid van numerieke simulatie en de rationaliteit van procesparameters.