Kā izveidot titāna kalšanas krāsni?
Augstākās kvalitātes-ražošanā un precīzajā apstrādē titāna kalumi to augstās izturības, izturības pret koroziju un vieglo īpašību dēļ ir kļuvuši par galvenajiem materiāliem kritiskām sastāvdaļām, piemēram, aviācijas-dzinēju lāpstiņām un kosmosa kuģu konstrukcijas daļām. Titāna kalšanas krāsns kā kalšanas procesa pamataprīkojums ir jāprojektē tā, lai tā precīzi atbilstu titāna sakausējumu fizikālajām īpašībām-zema siltumvadītspēja, augsta deformācijas izturība un augsta-temperatūras oksidācijas jutība. No apkures sistēmas līdz presformas struktūrai, no temperatūras kontroles līdz eļļošanas procesiem, katram aspektam ir jāpārvar tradicionālās metāla kalšanas tehniskās robežas, lai panāktu perfektu titāna sakausējumu plastisko deformāciju.
Šaurs kalšanas temperatūras logs un ārkārtējā jutība pret titāna sakausējumu oksidēšanu tieši nosaka titāna kalšanas krāsns apkures sistēmas galveno dizaina loģiku. Tradicionālā oglekļa tērauda kalšana var darboties plašā temperatūras diapazonā līdz 800{6}}1200 grādiem, savukārt optimālā kalšanas temperatūra titāna sakausējumiem (piemēram, TC4) ir 900-950 grādu robežās; pārsniedzot šo diapazonu par 20 grādiem, var rasties graudu rupjība vai plaisāšana. Tāpēc titāna kalšanas krāsnīm ir nepieciešama divu zonu temperatūras kontroles tehnoloģija: galvenā sildīšanas zona precīzi uzsilda sagatavi līdz mērķa temperatūrai, izmantojot pretestības vadus vai indukcijas spoles, savukārt turēšanas zona uztur temperatūras vienmērīgumu ar karstā gaisa cirkulāciju, temperatūras starpību kontrolējot ±5 grādu robežās. Piemēram, titāna kalšanas krāsnī, ko izmanto aviācijas un kosmosa kalšanas uzņēmums, sildot φ600 mm titāna stieņu, tiek izmantota segmentēta sildīšanas līkne (apkure no 300 grādiem / h līdz 600 grādiem, pēc tam ar 150 grādiem / h līdz 950 grādiem), apvienojumā ar reāllaika temperatūras starpību starp infrasarkano staru centru un virsmas atgriezenisko saiti no infrasarkanā termometra. No 80 grādiem līdz 15 grādiem, ievērojami samazinot iekšējās plaisas, ko izraisa termiskais stress.
Presformu sistēmas dizains ir galvenais, lai pārvarētu tehniskās vājās vietas titāna kalšanas krāsnīs. Titāna sakausējumiem ir slikta plūstamība un augsta viskozitāte; parastās kalšanas presformas ir pakļautas metāla atpakaļplūsmai vai pielipšanai pārmērīgas berzes dēļ. Tāpēc titāna kalšanas krāsns presformām ir nepieciešama divu slāņu struktūra: iekšējais slānis ir augstas temperatūras sakausējums uz niķeļa- bāzes (piemēram, K3 sakausējums), kas spēj izturēt temperatūru līdz 1000 grādiem un ķīmiski nereaģē ar titāna sakausējumiem; ārējais slānis ir oglekļa tērauda karkass, ko dzesē ūdens cirkulācijas kanāli, lai novērstu veidnes mīkstināšanu ilgstošas augstas temperatūras dēļ. Lai samazinātu spriedzes koncentrāciju, matricas stūra rādiusam ir jābūt par 30% lielākam nekā tērauda kalšanas presformām; veidnes dobuma virsmas raupjums ir jākontrolē zem Ra0,8 μm, un, lai samazinātu berzes koeficientu no 0,5 līdz 0,05, tiek izsmidzināta smērviela uz grafīta{10}}ūdens{11}} bāzes. Uzņēmums izstrādāja izotermisku kalšanas presformu TC11 titāna sakausējuma asmeņu ražošanai. Stabilizējot presformas temperatūru pie 920 grādiem (temperatūras starpība no sagataves mazāka vai vienāda ar 30 grādiem) un izmantojot 500 tonnu hidraulisko presi lēnai ekstrūzijai (deformācijas ātrums 0,5 mm/s), kalumu nepārtrauktā plūsma tika veiksmīgi uzlabota līdz 98%, ievērojami pārsniedzot 75% no parastās kalšanas.
Temperatūras kontroles sistēmas vieda modernizācija ir vēl viens titāna kalšanas krāšņu tehnoloģiskās iterācijas galvenais aspekts. Zem 850 grādiem titāna sakausējumu deformācijas izturība palielinās eksponenciāli; piemēram, TC4 sakausējuma deformācijas pretestība 700 grādu leņķī ir četras reizes lielāka par 950 grādiem. Tāpēc titāna kalšanas krāsnīs ir jāintegrē daudzpakāpju temperatūras kontroles moduļi: sildīšanas stadijā tiek izmantots PID algoritms, lai precīzi kontrolētu sildīšanas ātrumu; kalšanas stadijā tiek izmantota dubultā uzraudzība ar infrasarkanajiem termometriem un termopāriem, lai reāllaikā pielāgotu sildīšanas jaudu; un dzesēšanas stadijā tiek izmantota pakāpeniska gaisa dzesēšana (vispirms ātra dzesēšana pie 600 grādiem, pēc tam dabiskā dzesēšana par 300 grādiem), lai izvairītos no neparastiem -fāzes nokrišņiem pārmērīgi straujas dzesēšanas dēļ. Pētniecības institūta izstrādātā viedā titāna kalšanas krāsns, kurā iegulti 12 temperatūras sensoru un mākslīgā intelekta algoritmu komplekti, ir samazinājusi kalšanas temperatūras svārstību diapazonu no ±15 grādiem līdz ±3 grādiem, palielinot TC18 titāna sakausējuma kalumu stiepes izturību istabas temperatūrā no 1100 līdz 25 MPa līdz 8 MPa līdz 25 MPa %.
No turbīnu diskiem aviācijas{0}}dzinējos līdz spiediena korpusiem dziļjūras-zemūdenēs, tehnoloģiskie sasniegumi titāna kalšanas krāsnīs pārveido augstākās-ražošanas robežas. Tās galvenā vērtība ir ne tikai titāna sakausējumu precīzas formēšanas sasniegšanā, bet arī materiāla īpašību galīgā potenciāla atrašanā, koordinēti kontrolējot temperatūru, spriegumu un eļļošanu. Pateicoties dziļai skaitliskās simulācijas tehnoloģiju (piemēram, DEFORM-3D) un rūpnieciskā interneta integrācijai, titāna kalšanas krāsnis pāriet no “pieredzes-paredzētām” uz “datiem balstītām”, nodrošinot uzticamāku procesa nodrošinājumu titāna sakausējumu izmantošanai ekstremālos apstākļos. Šī precīzā temperatūras un spēka mijiedarbība galu galā virzīs Ķīnas ražošanu uz augstāku precizitāti un lielāku uzticamību.
