Titaani ekstrusiooni analüüsimine: metalli voolamist mõjutavad peamised tegurid

Kuumekstrusioon mängib selles otsustavat rollititaan materjaltöötlemine. Titaani ja titaanisulamite ainulaadsed füüsikalis-keemilised omadused muudavad selle protsessi aga palju keerulisemaks kui alumiiniumisulamite, vasesulamite või isegi terase oma. Metalli voolu ühtlus mõjutab otseselt ekstrudeeritud toodete kvaliteeti. Täna uurime peamisi tegureid, mis mõjutavad metalli voolu titaanmaterjali ekstrusiooni ajal.

 

 

Titaani olemuslikest omadustest tulenevad väljakutsed

 

Titaanvarrastel ja titaanisulamist kangidel on madal soojusjuhtivus, mis tekitab kuumekstrusiooni ajal olulisi väljakutseid. Kui ekstrusioonitünni temperatuur jõuab 400 kraadini Celsiuse järgi, võib toori pinna ja sisemise kihi temperatuuride erinevus ulatuda 200-250 kraadini Celsiuse järgi. Koos gaasi neeldumise tugevdamise mõjuga on tooriku pinnal ja keskel olevad metallil olulised tugevuse ja plastilisuse erinevused, mille tulemuseks on äärmiselt ebaühtlane deformatsioon ekstrusiooni ajal. See toob kaasa olulise täiendava tõmbepinge pinnakihile, mis on ekstrudeeritud toodete pinnal tekkivate pragude ja pragude algpõhjus.

 

Lisaks moodustab titaanmaterjal 980 kraadi ja 1030 kraadi juures sulava eutektika raua-- või nikli-põhiste sulamite vormimaterjalidega, põhjustades tugevat hallituse kulumist. Seetõttu on praegu titaanisulamist varraste ekstrusiooniks vaja määrdeaineid.

 

Metalli voolamist mõjutavad põhitegurid

 

Ekstrusioonimeetod

Erinevad ekstrusioonimeetodid mõjutavad oluliselt metalli voolu ühtlust:

Vastupidine ekstrusioon on parem kui edasipressimine, kuna see muudab metalli ja ekstrusioonisilindri vahelise hõõrdumise suunda ja astet, vähendades metallivoolu hõõrdetakistust ja võimaldades sujuvamat voolu.

Külmekstrusioon annab ühtlasema metallivoolu kui kuumekstrusioon. Külma ekstrusiooni ajal on metall külmas olekus, kõrge deformatsioonikindlusega, kuid stabiilse sisemise terastruktuuriga, mis põhjustab erinevate osade suhteliselt ühtlase deformatsiooni. Kuuma ekstrusiooni ajal on metall kõrgel temperatuuril, mis vähendab deformatsioonikindlust, kuid ebaühtlane temperatuurijaotus võib kergesti põhjustada ebaühtlase voolu.

 

Määritud ekstrusioon on parem kui määrimata ekstrusioon. Määrdeaine moodustab metalli ja vormi vahele määrdekile, mis vähendab hõõrdumist ja takistust, mille tulemuseks on ühtlasem metallivool. Seetõttu mõjutab ekstrusioonimeetod peamiselt metalli voolu, muutes hõõrdetingimusi.

 

Ekstrusiooni kiirus

Ekstrusioonikiiruse suurendamine suurendab metallivoolu ebaühtlust. Selle põhjuseks on asjaolu, et liigne kiirus takistab metalli täielikku deformeerumist ja selle voolu koordineerimist, mis põhjustab sisemise pinge ebaühtlast jaotumist. Näiteks suurel-kiirusel ekstrudeerimisel voolab ekstrusioonisilindri siseseina lähedal olev metall suure hõõrdumise tõttu aeglaselt, samas kui keskel olev metall voolab kiiresti, luues olulise erinevuse.

 

Ekstrusiooni temperatuur

Peamise tegurina vähendab kõrgem ekstrusioonitemperatuur tooriku deformatsioonikindlust, kuid süvendab metalli ebaühtlast voolu. Kui ekstrusioonisilindrit ja stantsi kuumutatakse liiga madalaks, suureneb välis- ja sisekihi temperatuuride erinevus, mis halvendab veelgi ebaühtlast voolu. Kuna metalli plastilisus ja tugevus on erinevatel temperatuuridel erinevad, on kõrgel -temperatuuril piirkondadel parem plastilisus ja kiirem voolamine, samas kui madala temperatuuriga aladel on vastupidine. Lisaks, mida parem on metalli soojusjuhtivus, seda ühtlasem on temperatuurijaotus tooriku otsapinnal, mille tulemuseks on ühtlasem metallivool.

 

Metalli tugevus

Samadel tingimustel tagab suurem metalli tugevus ühtlasema voolu. Kõrge tugevusega metallidel on tugev sisemine teraline side, mis edastavad paremini pinget ja võimaldavad koordineeritud deformatsiooni erinevates osades; Madala tugevusega metallid on nõrga teralise sideme tõttu altid lokaalsele ebaühtlasele deformatsioonile.

 

Survenurk

Matriitsi nurk (nurk matriitsi otsapinna ja kesktelje vahel) mõjutab oluliselt metalli voolavust. Suurem stantsinurk põhjustab metalli ebaühtlasema voolu. Selle põhjuseks on asjaolu, et stantsi suur nurk põhjustab metalli läbimisel takistuse ebaühtlase jaotumise; matriitsi siseseina lähedal olev metall kogeb suuremat takistust ja voolab aeglasemalt, samas kui keskosa kogeb vastupidist. Kui aga ekstrusiooniks kasutatakse mitme auguga matriitsi, siis kui matriitsi augud on mõistlikult paigutatud, võib metallivool igas augus muutuda ühtlasemaks, parandades üldist voolu.

 

Deformatsiooni aste

Nii liigsed kui ka ebapiisavad deformatsiooniastmed põhjustavad metalli ebaühtlast voolu. Kui deformatsiooniaste on liiga väike, on metalli sisemine pinge väike, ebapiisav piisava voolu soodustamiseks, mille tulemuseks on kergesti deformatsioonita või ebapiisava deformatsiooni lokaalsed alad. Kui deformatsiooniaste on liiga suur, on sisemine pinge liiga suur, mis põhjustab defekte, näiteks metalli pragusid. Lisaks voolab deformatsioonitsooni lähedal olev metall kiiremini kui kaugemal.