I. Titanyum Alaşımlı Plastik İşlemenin Teorik Temelleri ve Teknolojik Özellikleri
1. Metal Plastik İşlemenin Ortak Prensipleri Titanyum alaşımlı plastik işlemenin özü, katı metallerin plastik deformasyon kapasitesinden yararlanarak mikro yapılarını dış kuvvet yoluyla değiştirmek ve sonuçta istenen şekil ve özelliklere sahip titanyum malzemeleri elde etmektir. Bu süreç, aşağıdakileri içeren klasik metal plastik işleme teorisini takip eder:
• Gerilim-gerinim ilişkisi: Titanyum alaşımlarının akış gerilimi, deformasyon sıcaklığı ve gerinim hızıyla-doğrusal olmayan bir ilişki gösterir;
• Yeniden kristalleşme mekanizması: Dinamik yeniden kristalleşme, tanelerin rafine edilmesinde ve plastisitenin iyileştirilmesinde anahtardır;
• Sürtünme ve yağlama: Haddeleme sırasındaki sürtünme katsayısı sac şeklinin kalitesini doğrudan etkiler. Teknik fikir birliği: Titanyum alaşımı işleme, iri tanelerin ve yüzey kusurlarının oluşmasını önlemek için sıcaklık, deformasyon miktarı ve oksidasyon kontrolü arasında bir denge gerektirir.
2. Titanyum Alaşımlarının Benzersiz Zorlukları Çelik, bakır ve alüminyum gibi geleneksel metallerle karşılaştırıldığında, titanyum alaşımlarının işlenmesindeki zorluk şudur:
• Yüksek deformasyon direnci: Saf titanyumun akma mukavemeti alüminyumun üç katıdır ve titanyum alaşımlarının (GR5 gibi) işlenerek sertleşme oranı çeliğin iki katına kadardır;
• Dar plastiklik penceresi: Saf titanyumun oda sıcaklığında zayıf plastikliği vardır ve iyi şekillendirilebilirlik elde etmek için 200-450 derecede sıcak haddeleme veya 800 derecenin üzerinde sıcak haddeleme gerekir;
• Yüksek-sıcaklık oksidasyonuna duyarlı: Titanyum 600 derecenin üzerinde hızla oksitlenerek sert ve kırılgan bir oksit tabakası (TiO₂) oluşturarak sonraki işlemlerin zorluğunu artırır;
• Gazları absorbe etme konusunda güçlü eğilim: Isıtma veya dekapaj sırasında hidrojen ve oksijen gibi ara elementleri kolayca emerek "hidrojen kırılganlığına" veya "oksijen kırılganlığına" yol açar. Örnek olay: Havacılık sektörü metal levha üretiminde, ısıtma sıcaklığı kontrolündeki bir hata, aşırı oksit tabakası kalınlığına neden oldu ve sonuç olarak tüm metal levha partisinin hurdaya çıkarılmasına ve bunun sonucunda da birkaç milyon yuan tutarında kayba neden oldu.
II. Titanyum Alaşımlı Plaka, Şerit ve Folyo Üretimi için Temel Proses Akışı
1. Döşeme Hazırlama ve Ön Arıtma
• Hammadde Seçimi: Safsızlık içeriği %0,1'den az veya buna eşit olan, VAR (Vakum Arsenik Ark Rafinasyonu) veya EB (Elektron Işını Arıtma) işlemleri kullanılarak hazırlanan yüksek-saflıkta titanyum külçeler;
• Yüzey İşlemi: İşleme sırasında çatlağın yayılmasını önlemek için kumlama veya döndürme yoluyla külçedeki yüzey kusurlarının (çatlaklar ve kalıntılar gibi) giderilmesi;
• Boyutsal Kontrol: Bitmiş ürün özelliklerine göre döşeme kalınlığının tasarlanması; sıcak-haddelenmiş levha kalınlığı genellikle 150-300 mm'dir. Standart Gereksinimler: Döşeme yüzeyi pürüzlülüğü Ra Daha sonraki yuvarlanma stabilitesini sağlamak için 3,2μm'ye eşit veya daha az.
2. Isıtma Proses Kontrolü
• Sıcak Haddeleme Isıtma:
• Parçalı Isıtma Yöntemi: Önce 50 derece/saat veya daha düşük bir hızla 600 dereceye ısıtın, 2 saat bekletin, ardından hızla 950-1050 dereceye (+ faz bölgesi) ısıtın;
• Atmosfer Koruması: Oksidasyon oranını azaltmak için argon gazı ekleyin veya elektrikli ısıtma fırınına vakumlu ısıtma kullanın;
• Sıcaklık Eşitliği: Kızılötesi termometre ile gerçek zamanlı olarak izleyin, sıcaklık sapması ±10 dereceye eşit veya daha az.
• Sıcak Haddeleme Isıtması: 650-750 derecede kontrol edilir, oksit tabakası kalınlığı 2μm'ye eşit veya daha az, asitleme ile doğrudan giderilebilir. Anahtar Parametreler: Tane irileşmesine neden olan yerel aşırı ısınmayı önlemek için ısıtma sıcaklığı sapması ±10 derece içerisinde kontrol edilmelidir.
3. Haddeleme prosesi tasarımı
(1) Sıcak haddeleme işlemi
• İlk haddeleme sıcaklığı: 980-1020 derece, son haddeleme sıcaklığı 850 dereceye eşit veya daha büyük;
• Geçiş başına azalma: ilk geçişte azalma %15'e eşit veya daha az, sonraki geçişler kademeli olarak %30-%40'a yükselir;
• Tane kontrolü: Faz bölgesinde son geçiş deformasyonu tamamlanır (882 dereceye eşit veya daha az), tane ASTM 8-10 derecesine kadar rafine edilir;
• Şekil kontrolü: 50MPa'ya eşit veya daha az artık gerilimi kontrol etmek için hidrolik bükme silindiri sistemi kullanılır.
(2) Sıcak haddeleme işlemi
• Sıcaklık aralığı: 600-700 derece, plastisiteyi geliştirmek için titanyumun dinamik yeniden kristalleşme özelliklerinden yararlanılır;
• Oksit katmanı kontrolü: haddeleme sonrası oksit katmanı kalınlığı 2μm'den az veya ona eşit; bu, doğrudan temizlemeyle giderilebilir;
• Geçiş planlaması: tek geçişte azalma %8'e eşit veya daha az, toplam deformasyon %30'a eşit veya daha az, kenar çatlamasını önler. Avantajları: Sıcak haddeleme, ara tavlama işlemini ortadan kaldırabilir ve üretim döngüsünü %20'den fazla kısaltabilir.
(3) Soğuk haddeleme işlemi
• Çok{0}}geçişli tasarım: 0,3-1,8 mm ince levhaların 5-8 geçişte soğuk haddelenmesi gerekir; deformasyon miktarı geçiş başına %10-%15'te kontrol edilir;
• Ara tavlama: İş sertleşmesini ortadan kaldırmak için kümülatif deformasyon miktarı %30'a ulaştığında vakumlu tavlama (650 derece /2 saat) yapılır;
• Yüzey kalitesi: Çizilme kusurlarını azaltmak için rulo kaplama yağlama teknolojisi benimsenmiştir. Yüksek alaşımlı malzeme işlemi: Ti-6Al-4V gibi + tipi alaşımlarda kenar çatlamasını önlemek için geçiş başına deformasyon miktarının %5-%8'e düşürülmesi gerekir.
4. Bitirme ve tedavi sonrası-
• Dekapaj işlemi:
• İki-adımlı yöntem: Öncelikle oksit tabakası %10 HF + 30%HNO₃ asit karışımıyla çıkarılır ve ardından %5 sitrik asitle pasifleştirilir;
• Çevre dostu alternatif: Kullanılan hidroflorik asit miktarını %80'den fazla azaltmak için flor{0}}içermeyen bir asitleme işlemi geliştirin.
• Doğrultma İşlemi: On-rulolu bir düzleştirici kullanılarak artık gerilim ortadan kaldırılır ve 1 mm/m'den az veya buna eşit bir düzlük elde edilir;
• Yüzey Denetimi: Çatlak, kalıntı ve diğer kusurların bulunmadığından emin olmak için deri altı kusurlar bir girdap akımı kusur dedektörü kullanılarak tespit edilir.
III. Süreç Optimizasyonu Yönergeleri ve Endüstri Trendleri
1. Yakın-Net-Şekil Şekillendirme Teknolojisi: İşleme paylarını geleneksel 3 mm'den 0,5 mm'ye düşürmek için hassas haddeleme teknolojisinin geliştirilmesi;
2. Akıllı Kontrol: Yuvarlanma kuvvetini, sıcaklık alanını ve diğer parametreleri gerçek zamanlı olarak izlemek ve uyarlanabilir süreç ayarlamasını mümkün kılmak için dijital ikiz teknolojisinin tanıtılması;
3. Yeşil Üretim: Çevre kirliliği risklerini azaltmak için flor-içermeyen dekapaj işlemlerinin teşvik edilmesi;
4. Kompozit İşleme: Titanyum alaşımlarının oda sıcaklığında şekillendirme sınırlarını aşmak için lazer-haddelemeli kompozit şekillendirme teknolojisinin araştırılması;
5. Süperplastik Şekillendirme: Karmaşık yapısal parçaların entegre şekillendirilmesi için mikro yapı kontrolü yoluyla titanyum alaşımlarının 850-950 derecede süper plastisitesine ulaşılması.