Истраживање пластичног обликовања легуре титанијума

Последњих година легуре титанијума се широко користе због своје мале густине, велике чврстоће, добре отпорности на корозију и добрих перформанси на ниским температурама. Међутим, због своје слабе хладне пластичности, високе еластичности и потешкоћа у обради, тренутна технологија обраде легуре титанијума је углавном вруће пресовање. Пошто су легуре титанијума на високим температурама склоне оксидацији, хабању и другим проблемима, потребне су и одговарајуће мере. Калупи и опрема за грејање отпорни на високе температуре такође захтевају више трошкова у погледу рада. Због тога је проучавање стања развоја и будућих трендова развоја кључних технологија за пластично обликовање легура титанијума од великог значаја за унапређење нивоа примене легура титанијума.

⑴Технологија изотермног обликовања

Процес изотермног обликовања може ефикасно побољшати пластичност и својства течења лима, побољшати уједначеност тока метала и смањити притисак деформације. Неки људи су предложили коришћење технологије изотермног обликовања (метода формирања у којој се бланко и калуп загревају до температуре деформације, а температуре бланка и калупа остају у основи непромењене током процеса формирања) за производњу делова од лима од титанијума. структуре. Температура деформације легура титанијума Веома је осетљива. На пример, када температура деформације падне са 920 степени на 820 степени, отпорност на деформацију легуре титанијума се скоро удвостручује, а њена суперпластична сила деформације је само око 1/30 до 1/10 од обичног ваљања. Међу њима се разликују изотермно обликовање и суперпластично обликовање, али ефекат изотермног обликовања на смањење отпорности материјала на деформацију и побољшање пластичности материјала није толико значајан као код суперпластичног обликовања. Главна предност обраде суперпластичним притиском је да материјал може постићи екстремне деформације. Међутим, многи процеси не захтевају 100% до 200% деформације. Обично је однос ковања метала 5, што значи да деформација достиже 75%. Да би се обезбедиле високе перформансе делова, није увек потребно да буду оптимални. Штавише, груба ламеларна микроструктура има бољу стабилност против ширења пукотина од замора. Иако технологија изотермног обликовања може значајно побољшати нестабилност материјала, то је интегрисана технологија формирања у једном кораку и тешко је гарантовати да добар производ неће имати локалне недостатке, као што је формирање локалних дефеката, итд. Једном производ се формира на локалном подручју Ако се пронађу недостаци, проблем квара се не може касније решити, што ће утицати на квалитет целог производа од легуре титанијума. Овај проблем је такође постао један од проблема који треба превазићи у будућем технолошком развоју.

⑵ Технологија формирања пузања

Деформација пузања значи да на одређеној температури, након што се метални лим деформише под дејством алата и калупа за добијање идеалног облика, температура и оптерећење остају непромењени, тако да долази до релаксације напона унутар радног предмета, а еластична деформација се мења. до трајног пластичног напрезања све док се у основи не елиминише заостало напрезање И повратна опруга, а идеалан облик обратка се добије након коначног хлађења. Током процеса деформације пузања, покретачка сила пузања се примењује напрезање. Како пузање напредује, еластична деформација се смањује, што доводи до смањења унутрашњег напрезања и одговарајућег смањења примењеног напрезања. Неки истраживачи су истакли да је процес врућег затезног пузања нови тип процеса формирања композита од легура титанијума са танким зидовима. Овај процес користи методе загревања као што је отпорно загревање за загревање танкозидних металних лимова или профила на врућу температуру обликовања, а затим их истезање и савијање. Како се коначна форма формира, температура остаје константна и материјал пузи у правцу затезања према површини калупа. Ово доводи до смањења напрезања унутар формираног радног комада и онлајн релаксације стреса. Преостало напрезање је смањено, чиме се смањује отпорност делова и побољшава тачност формирања. Представљени су статус истраживања, принципи процеса, кључна опрема, технологија обраде и предности и недостаци нове процесне технологије. Коначно, истражују се изгледи за примену технологије формирања композита топлог извлачења и пузања. Неки истраживачи су истакли да се легуре титанијума често користе у ваздухопловним апликацијама, као што су носачи авиона, због својих одличних механичких и корозивних својстава и релативно мале тежине. Међутим, легуре титанијума су озлоглашене тешко формирати на собној температури. Због тога се процес формирања пузања савијањем врућим вучењем користи у обликовању профила од легуре титанијума да би се побољшала способност обликовања и смањила повратна сила. Принцип савијања врућим растезањем и пузања је да се изведе фаза опуштања напона задржавањем радног предмета са калупом у одабраном времену задржавања након фазе савијања врућим растезањем. Ово омогућава предности ниског заосталог напрезања и минималног повратног оптерећења, укључујући јефтин алат и добру поновљивост. За карактеризацију понашања пузања коришћен је Арренијусов модел, а у АБАКУС-у је успостављен модел коначних елемената процеса деформације пузања савијањем при топлом затезању. Резултати симулације коначних елемената показују да је заостало напрезање у великој мери смањено током фазе релаксације напона, а ниско заостало напрезање резултира мањим повратним оптерећењем. Предвиђене вредности повратног оптерећења су у добром складу са експерименталним резултатима. Неки истраживачи су истакли да је релаксација пузања или напрезања главни механизам за смањење повратног повратног удара топлог формирања плоча од легуре титанијума. До сада нису јасно истражене разлике и везе између ова два феномена. Спровео је високотемпературне тестове краткотрајног пузања и релаксације напрезања на легури Ти6Ал4В. Микроструктура легуре је посматрана помоћу трансмисионог електронског микроскопа. Проучавани су утицаји температуре, стреса и времена на пузање и релаксацију напона. Корелације и разлике између ова два феномена су упоређене на основу односа деформација пузања-време и брзина деформације-време. Резултати показују да атомска дифузија под ниском температуром и ниским напрезањем контролише понашање пузања, а клизање и пењање дислокације под високом температуром и високим напрезањем контролишу понашање пузања. Понашање релаксације стреса је углавном контролисано пузањем дислокације. Понашање релаксације напона предвиђено на основу података о пузању добро се слаже са експерименталним резултатима.

⑶ Контрола опруге и унапред оптимизована прецизна технологија обликовања пластике

① Контролисање повратног хода кроз различите стандарде

Пошто материјали од легура титанијума имају велику отпорност на деформацију, низак модул еластичности и јаку анизотропију, контрола повратног одступања је од великог значаја у преради титанијумске пластике. То у великој мери утиче на грешке у величини и облику производа. До сада смо уложили много напора да минимизирамо грешке у формирању изазване одскоком. Симулација коначних елемената у комбинацији са техникама оптимизације је најчешће коришћена метода. Развијена је оптимизована метода да се смањи повратно оптерећење током формирања ТЦ1 премаза за авионе хладног истезања. У моделу оптимизације, математичка формула разлике напона израчунате коначним елементом се успоставља као индикатор снаге одскока, уместо имплицитне анализе одскока, а користи се генетски алгоритам са више острва (за генетске алгоритме циљна функција је вишеструка -функција екстремне вредности, пронађите локалну оптималну тачку по хипотези,) да бисте пронашли оптималне параметре оптерећења. Оптимизовани дизајн параметара процеса ефективно смањује количину повратног опруге и побољшава тачност обликовања. Резултати истраживања дају смернице за контролу опруге и технологију у процесу формирања лима. Неко је предложио модел коначних елемената заснован на саморазвијеној легури ТА18 (Ти-3АИ-2.5В) са нумеричком контролом (НЦ) савијања ротирајуће цеви. Кроз мултиваријантну анализу корак по корак, установљена је квантитативна веза између угла савијања, својстава материјала и угла повратног опруге. . Неки научници су користили Хилов критеријум анизотропије да предвиде еластичну силу комерцијалних делова чистог титанијума (ЦП-Ти) током процеса савијања и обликовања. Неки научници верују да повратни ефекат ТЦ4 шипки за савијање зависи од величине међузоне материјала која остаје у еластичном стању, што зависи изнутра од обраде и геометријских параметара као што су радијус савијања, угао савијања и пречник/дебљина елемента за савијање. . Неки научници користе статистичке методе за израчунавање односа између угла повратног опруге и параметара формирања током процеса хидроформирања, што пружа ефикасан метод за дизајнере алата и техничаре да скрате време производње. Неки научници су проучавали утицај температуре на компензацију повратне струје ЦП-Ти плоча. Резултати показују да како температура пада, отпорност се значајно смањује.

②Префабриковани делови и методе оптимизације калупа

Префабриковани делови и оптимизација калупа могу у великој мери да смање грешке у обликовању тела, што је од великог значаја за формирање скоро лимова. Технологија реверзне симулације се широко користи у дизајну интервентног обликовања. Неки научници су предложили метод постепене реверзне оптимизације за оптимизацију почетне гредице легуре ТА15. Студија је утврдила да је одабир површине корекције која се користи за одређивање објекта оптимизације основа оптимизације, а изометријски офсет одређује тачност и поузданост оптимизације.

⑷ Технологија контроле кварова

Легуре титанијума су склоне ломљењу током хладног обликовања, као што је ротационо савијање легуре титанијума ТА18, растезање чистог титанијума од легура ТЦИ, инкрементално формирање у једној тачки, итд. У процесу инкременталног формирања у једној тачки (СПИФ) ЦП-Ти лимова, резултати истраживања показују да се дебљина пластично обликованог радног комада од лимова легуре титанијума смањује са повећањем дубине, избегавајући ломове и прекомерно истезање током процеса формирања. Сила након истезања ће довести до ризика од лома узрокованог хладним истезањем ТЦИ легуре титанијума. Оптимизација силе пре и после истезања може избећи лом. Таласни облик брзине цикличког теста суперпластичности брзине деформације Ти-15-3 показује да се лом може десити тамо где је деформација неуједначена. Прелом се може избећи коришћењем стопе смањења од 30% до 40% по први пут.

⑸Технологија врућег предења

Спин форминг се односи на ротационо кретање једног или више ротирајућих точкова који делују на почетну равну плочу, постепено чинећи да се материјал лима и ротирајући трн уклапају заједно, и на крају добијање шупљег ротационог дела тела са релативно танком дебљином зида. Процес формирања. Пошто је точак делимично оптерећен током процеса предења, оптерећење је значајно смањено у поређењу са традиционалним штанцањем лима. Предење је флексибилна метода формирања лимова која је погодна за производњу финално обликованих делова сложених ротирајућих делова, или скоро готових делова, као што су конусни делови, једноставни делови, итд. За лаке легуре које се тешко формирају на собној температури, нпр. као легуре титанијума, легуре магнезијума итд., предење је потребно изводити под одређеним температурним условима, што се назива вруће предење. Зато што на истој температури различити материјали или исти материјал на различитим температурама такође имају значајне разлике у својим механичким својствима. Због тога је контрола температуре веома критична код врућег предења.

⑴ Механизми и правила у еволуцији кристалне структуре

Кристална структура легура титанијума настаје услед непрекидног клизања дислокације или ротације оријентације зрна близанаца током деформације. Еволуција деформационе структуре је веома осетљива на деформације, температуру и начин деформације, што утиче на каснију микроструктурну еволуцију и одговарајућа механичка својства легура титанијума, као што су чврстоћа, век трајања замора и отпорност на корозију. Деформисана структура се обично формира током хладног обликовања и на њу утичу састав легуре, почетна структура и параметри обраде. Неки научници су проучавали развој оштре локалне структуре легуре ИМИ834 и открили да ова структура може у великој мери смањити век трајања замора. Неки научници су спровели низ тестова компресије да би проучавали еволуцију деформационе структуре ЦП-Ти на високим температурама. Открили су да и ситнозрнате и крупнозрнате базалне равни у деформисаним узорцима имају тенденцију да се ротирају од своје почетне оријентације до угла нагиба од 45 степени. Неки научници су проучавали ефекте једноструког старења, ниских температура, двоструког старења на високим температурама, брзине загревања старења и других процеса на еволуцију текстуре Ти-10В-2Фе-3Ал после термичке деформације. Они су приметили да почетна фазна структура еволуира при малим деформацијама, док се структура а може добити при великим деформацијама. Поред тога, рекристализацијом се могу формирати структуре, које су познате као рекристализоване структуре. Неки научници су открили да су промене у еволуцији текстуре ЦП-Ти током процеса рекристализације узроковане секундарном рекристализацијом. Неки научници су проучавали еволуцију рекристализоване структуре легуре Ти-35Нб{{12}Зр-5Та током врућег ваљања. Када се дебљина смањила на више од 90%, приметили су градијентне структуре. Они верују да динамичка рекристализација узрокована тешком неуједначеном деформацијом између површине и центра резултира овом врстом структуре.

⑵ Механизми и правила у морфолошкој еволуцији

Микроструктурна морфологија је осетљива на параметре обраде као што су температура, деформација, брзина деформације, путања деформације и пут термичке обраде. Њихова комбинација је типична морфологија која утиче на механичка својства легура титанијума. Запремински удео, величина честица и однос ширине и висине директно одређују микроструктурну морфологију титанијумских легура. Трансформисана фаза има добра свеобухватна својства и широко се користи у ваздухопловству, хемијској преради, поморству и поморству, транспорту и медицини. Штавише, микроструктура има боље трајање и чврстоћу од микроструктуре са равном осовином, али су њена својства замора инфериорна. Због велике величине зрна фазе, интеграција интерфејса, жилавост лома, трајање и чврстоћа пузања, итд., доводе до проширења у правцу савијања и распршују поље напона око лома. Међутим, због недостатка затворености а фазе, лако долази до грубости зрна, што може довести до недостатака у затезним својствима. Недавно су неки научници добили нову микроструктуру са три режима, укључујући око 15%, 50% до 60% ламеларну и трансформациону матрицу, која показује високе и ниске перформансе замора циклуса, висок век интеракције замора пузања, високу жилавост лома и приближан процес ковања за високе температуре рада. Неки научници су проучавали утицај дистрибуције деформација на морфологију микроструктуре при формирању скоро локалних оптерећења. Открили су да се микроструктурна морфологија легуре титанијума ТА15 мења са степеном деформације и корацима обраде. Трансформисане честице са примарном и ламеларном фазом настају малим деформацијама током обраде. А матрица агрегатне трансформације са неуређеном ламеларном фазом се генерише првом великом деформацијом. У другом кораку, микроструктурна морфологија трансформисане матрице и комплетне сфере су направљене кроз умерене и велике деформације, респективно.

⑶ Развој метода моделирања

Метода променљиве унутрашњег стања користи мали број варијабли унутрашњег стања да опише своје основне појаве, и широко се користи за симулацију микроструктурне еволуције титанијумских легура током термичке обраде. Неки научници су предложили конститутивни модел заснован на физици за предвиђање напона протока и промене величине честица двофазних легура титанијума. У моделу се претпоставља да се укупни напон састоји од термички активираног напрезања и нетермалног напрезања, при чему је термички активирани напон описан Коцк-Мецкинг моделом. Нетермички напони повезани са ефектима очвршћавања представљени су двопараметарским варијаблама унутрашњег стања, укључујући брзину густине дислокације и брзину величине зрна. Правило мешања и теорија суперпозиције се користе да би се окарактерисао ефекат напона протока фазе а и фазе торња. Предвиђања овог модела су у доброј сагласности са експерименталним резултатима легура титанијума. Неки научници су такође предложили сличан модел за двофазну легуру ТА6. Неки научници су предложили модел заснован на еволуцији две променљиве унутрашњег стања, густине дислокације и фракције рекристализације, да би предвидели промене у величини зрна међукристалне фазе током термичке обраде легуре ТА15.

Модели пластичности кристала могу одражавати физичке механизме као што су микроскопско клизање и збрајање, нехомогена деформација на микроскали, деформација отпора микроструктуре и еволуција оријентације, и стога су дубоко развијени и широко коришћени. У овој теорији, предложена је и развијена пластичност кристала независна од брзине (РИЦП) и пластичност кристала зависна од брзине (РДЦП). Главни проблеми у нумерикализацији РИЦП-а су нејединственост активног система клизања и одређивање временски независне брзине смицања током пластичне деформације монокристала. Неки научници су увели полу-имплицитну шему интеграције да идентификују активне системе клизања пре него што одреде њихове брзине смицања и квантификују редослед којим систем клизања постаје активан. У РДЦП моделу, проблеми изазвани РИЦП моделом се превазилазе претпоставком да су сви системи клизања активни. Међутим, због нелинеарних закона струјања високог реда, долази до озбиљне нумеричке нестабилности у интегралу РДЦП модела. Имплицитни алгоритам за решавање РДЦП модела има добру стабилност у решењу. Међутим, ове шеме укључују понављање на локалном нивоу да би се ажурирали напони, а извођење балансирања на глобалном нивоу захтева значајан рачунски напор. Стога се тешко може применити за симулацију тродимензионалног процеса формирања хиљада елемената. Због тога је предложен експлицитни алгоритам за побољшање рачунарске ефикасности. Њихов рад се показао ефикасним, али захтева даља побољшања за примену на велике деформације и сложене услове оптерећења. Када се ова теорија примењује на легуре титанијума, постоји још једно питање које треба решити. Због хексагоналне најближе збијене структуре титанијумских легура, клизање је главни начин деформације и фаза, док је удвостручење опциони начин једне фазе. Постоји неколико метода за решавање великог броја нових оријентација које генеришу деформисани близанци, као што су метода главне двоструке оријентације (ПТР), метода преноса запреминског удела (ВФТ) и метода пуне мреже. Неки научници и други су прегледали методе моделирања, методе обраде проблема и друге примене.

ЦА алгоритам се широко користи у моделирању феномена еволуције микроструктуре. Неки научници се позивају на ћелијске аутомате (Ц）еллулар аутомата (ЦА) модел и ДРКС модел штампања су комбиновани да симулирају микроструктурну еволуцију ТЦ4 легуре у позитивном пољу и пољу. Они су увели промене у густини дислокација израчунате КМ моделом као целобројна стања да повеже мезоскопске структурне карактеристике са стварним условима обраде.У ЦА моделу, важни феномени као што су брзина нуклеације, кинетика раста и ефекти параметара обраде, као и почетна величина зрна, су узети у обзир, што омогућава квантитативне и топографске симулације кинетике раста и топологије сваког зрна у еволуцији микроструктуре. Предвиђени резултати облика криве напона протока, понашања раста р зрна и коначне микроструктурне морфологије су веома слични експерименталним резултатима. Неки научници су симулирали статичку рекристализацију чисте титанијум током процеса хлађења методом ЦА.Открили су да фактори као што су неуједначена деформација, неуједначена нуклеација итд. могу довести до одступања кинетике рекристализације од експерименталних посматрања. Да би увели неуједначени градијент деформације сваког зрна на микро скали, неки научници су спојили ЦА модел са методом коначних елемената пластичности кристала (ЦПФЕМ) да би симулирали еволуцију микроструктуре.

Легура титанијума има предности ниске густине, високе чврстоће, добре отпорности на корозију, високе отпорности на топлоту и добрих перформанси процеса. Међутим, има слабу хемијску реактивност са другим материјалима на високим температурама и веома је лако апсорбовати нечистоће као што су водоник и кисеоник. Ово својство приморава легуре титанијума да се разликују од традиционалних техника пречишћавања, топљења и ливења, често чак и узрокујући оштећење калупа. Ако се примени напредна технологија пластичног обликовања од легуре титанијума, она може ефикасно смањити силу формирања материјала, смањити трење између калупа и материјала, чиме се побољшава квалитет површине и тачност димензија делова, повећавајући границу формирања материјала , и побољшање перформанси обликовања материјала. итд. Даљим истраживањем процеса пластичног обликовања титанијумских легура, решавањем проблема пластичног обликовања легура титанијума и побољшањем процесних перформанси легура титанијума, технологија пластичног обликовања легура титанијума ће постати зрелија, а легуре титанијума ће имати шири простор за развој и примену. . Последњих година легуре титанијума се широко користе због своје мале густине, велике чврстоће, добре отпорности на корозију и добрих перформанси на ниским температурама. Међутим, због своје слабе хладне пластичности, високе еластичности и потешкоћа у обради, тренутна технологија обраде легуре титанијума је углавном вруће пресовање. Пошто су легуре титанијума на високим температурама склоне оксидацији, хабању и другим проблемима, потребне су и одговарајуће мере. Калупи и опрема за грејање отпорни на високе температуре такође захтевају више трошкова у погледу рада. Због тога је проучавање стања развоја и будућих трендова развоја кључних технологија за пластично обликовање легура титанијума од великог значаја за унапређење нивоа примене легура титанијума.