מבוא

יצירת חומרים כגון טיטניום ואיקונפל היא יכולת קריטית לתעשייה המודרנית. ⁇ ביצועים גבוהים אלה מציעים יחסים בעלי משקל יוצא דופן, עמידות קורוזיה יוצאת דופן, ואת היכולת לעמוד בטמפרטורות קיצוניות. וכתוצאה מכך, הם הכרחיים בענפים החל מאווירה והגנה על עיבוד כימי וייצור מכשיר רפואי.

אתגרים בתצורת טיטניום ואיקונל

הבנת המאפיינים הפיזיים והמתכתיים הייחודיים של טיטניום ואיקונפל היא הצעד הראשון לבחירת הגישה הנכונה ליצירת קשר.שני החומרים שייכים למשפחות של ⁇ המשלבות עוצמה גבוהה עם מוליכות תרמית נמוכה ונטייה חזקה לעבוד קשה במהלך עיוות.

חוזק גבוה ודוכסיות נמוכה בטמפרטורת החדר

⁇ טיטניום, כגון Ti-6Al-4V, תצוגות מניבות כוח העולה על 800 MPa בטמפרטורת החדר, עם אורך בדרך כלל מתחת 15%. ⁇ Inconel, כגון Inconel 718, יכול להיות בעל עוצמה מעל 1,000 MPa. באותו זמן, את הדירקטיבה שלהם הוא נמוך יחסית, כלומר הם יכולים לפצח או לשבור אם לא מוגבל קטן ללא סיוע תרמי מתאים הוא בעייתי במיוחד, במקום פעילות מסובבת גבוהה, במקום זה הוא מורכב או מכווץ.

עבודה מהירה הארדינג

במהלך עיוות הפלסטיק, טיטניום ואיקונפל עוברים קשיחות מהירה - החומר הופך חזק יותר ופחות דוקטרון כפי שהוא עיוות.אפקט זה מעלה את הכוח הדרוש להמשך יצירתו ומגדיל את הסיכון של צוואר או קצה סדקים.בתהליכים מעוצבים קונבנציונליים, זה לעתים קרובות דורש צעדים ביניים או עיבוד טמפרטורה גבוה כדי לשחזר את הניקוד.

התנהגות גרועה

טיטניום יש מוליכות תרמית של 6-7 W / mK, בערך 10 פעמים נמוך יותר פלדה. Inconel הוא גם מנצח עני, עם מוליכות בסביבות 10-15 W / mK. זה אומר חום שנוצר במהלך deformation המקומיes באזור deformation מפלסטיק ולא מתפזר לתוך החומר שמסביב.

Springback ו-Allastia Recovery

חומרים גבוהים סטרוגיים כמו טיטניום ואיקונל מציגים קפיצה משמעותית לאחר שנוצרו בשל מודולו גמיש גבוה יחסית להניב כוח. פיצוי אביבי הוא מאתגר במיוחד כי זה משתנה עם טמפרטורה, עובי וקצב. עבור גיאומטריות מורכבות, מספר רב של התאמות כלי או ניתוח סופי (FEA) סימולציות נדרשים לעתים קרובות כדי להשיג ממדים סופיים בתוך סובלנות.

רגישות וגליון

⁇ אלה נוטים לנזק פני השטח, כולל גלימה והבקיע, במיוחד כאשר נוצר במגע עם פלדה כלי קונבנציונלי. טיטניום, בפרט, יש נטייה חזקה לדבוק משטחים כלי, המוביל להעברת חומרים וסוף משטח גרוע.

טכניקות פיתוח עבור טיטניום ואיקונפל

מגוון של שיטות להרכיב פותחו כדי להתגבר על האתגרים המתוארים לעיל.בחירה של טכניקה תלויה בגורמים כגון גיאומטריה חלקית, נפח הייצור, תכונות הכרחיות וציוד זמין.

עבודה חמה

עבודה חמה היא הגישה הנפוצה ביותר עבור גיבוש גדול של טיטניום ואיקונפל. החומר מחומם לטמפרטורה בדרך כלל בין 50% ל-75% מנקודת ההמיסה שלו - המורכבת 800-1000 מעלות צלזיוס עבור ⁇ טיטניום 950-1100 מעלות צלזיוס עבור ⁇ Inconel. בטמפרטורות אלה, החומר הופך להיות הרבה יותר דקטי, ו טיפות מתח זרימה, ומאפשר הפחתה גדולה עובי ושינויים מורכבים ללא שינוי צורה.

פרטים נוספים:0 (Processerts: 1FLT) , מתגלגל, ו extrusion הם פעולות עבודה רגילה עבודה חם. Care חייב להיות נלקח כדי לשלוט באווירה חימום כדי למנוע חמצון ו איסוף מימן, במיוחד בטייטניום. Inconel הוא פחות רגיש חמצון, אך עדיין דורש סביבות מבוקרות עבור יישומים קריטיים.

עבודה חמה משמשת נרחב לייצור שמיכות, ברים ו preforms כי הם מאוחר יותר על ידי עיצוב חם או קר.זה משמש גם עבור ליד-net-shape עבור רכיבים כגון דיסקים טורבינות וחלקי מטוסים מבניים.ההההההה העיקרית היא עלות הון גבוהה של פרוות וכלי שיכול לעמוד על אופניים תרמיים חוזרים.

עבודה חמה

עבודה חמה תופסת את טווח הטמפרטורה בין טמפרטורת החדר לבין משטר העבודה חם - באופן חסכוני 300-600 מעלות צלזיוס עבור טיטניום ו 500-850 מעלות צלזיוס עבור איקונל. גישה זו מציעה פשרה מעשית: היא מפחיתה כוחות ויצרה שיפור הדוקטרינות בהשוואה לעבודה קרה, תוך הימנעות מדרישות תרמיות מלאות של עבודה חמה.

(FLT:0)Benefits ו- Trading-offs:cioFLT:1 התחממות מספק שליטה ממדית טובה יותר מאשר עבודה חם כי התרחבות תרמית התכווצות פחות חמורות.זה גם מפחית את הסיכון של חמצון ומשטח קנה מידה. עם זאת, זה דורש אחידות זהירה על פני העבודה וכלי כדי למנוע עיוות או חימום מקומי על פני השטח רבים, כגון בועה מגנטית, כגון בועה עמוקה, או טיטניום, ציור על פני השטח, או מתכת חם, כגון טבולית, או מתכת, או מתכת חם, או טיטניום, כגון חניכיים, או מתכת חם, או טיטניום, כגון טבולית, כגון טבולית, או מתכת, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חם, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חם, 000, 000 חם, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 טבולית, 000, 000

המונחים:

דלקת יתר היא תהליך מיוחד של עבודה חמה שבו את למות ולעבוד נשמר באותה טמפרטורה במהלך עיוות.זה מבטל את ה ⁇ התרמית שגורם זרימה לא אחידה ומאפשר את החומר להיות נוצר לצורה קרובה לאינטרנט עם פרטים יוצאי דופן ובזבוז מינימלי.

במשכיות יתר, התמותה בדרך כלל עשויים מ- molybdenum או ניקל מבוסס superalloys מחומם באווירה מבוקרת פרונסיה.התהליך יעיל במיוחד עבור ⁇ טיטניום שקשה לנגב באופן קונבנציונלי, שכן הוא מקטין את מספר השלבים המחודשים ומייצר מיקרו-מבנה אחיד.זה מועמד ליצירת רכיבי חלל מורכבים כגון מנועים וקצבים נמוכים, אך השימוש בטמפרטורה נמוכה, אך נמוכה, אך נמוכה, אך הוא משמש לצמצום גבוהה.

Superplastic Forming (SPF)

יצירת Superplastic מנצלת את היכולת של ⁇ ⁇ ⁇ דקים מסוימים לעבור ארוכים גדולים - לעתים קרובות מעל 500% - בטמפרטורות גבוהות מתחת לשיעורי מתח נמוכים. הן ⁇ טיטניום (למשל, Ti-6Al-4V) וכמה גרסאות Inconel יכול להציג התנהגות על-פלסטיק כאשר מעובד יש מבנה גרגר דק, שווה ויצר בטמפרטורות מתאימות ושיעורים.

(FLT:0)Process:FLT:1; A גיליון של חומר מחומם לטמפרטורה על-פלסטיק (בדרך כלל 850-950 מעלות צלזיוס עבור טיטניום, 950-1000 ° C עבור חלק מהאיקונסטלים) ולאחר מכן הקשוח נגד מוות חד-צדדי באמצעות גז חד-צדדי כגון תרמית.

SPF משמש נרחב בתחום התעופה לייצור דוקטרקט, מיכלי דלק, לוחות מבניים.לעתים קרובות הוא משולב עם דיפוזיה אג'ינג (DB) כדי ליצור לוחות כריכים רב-שכבות.המגבלות העיקריות הן זמני מחזור איטיים (חלקים יכולים לקחת דקות עד שעות כדי צורה) ואת הצורך בחומרים מיוחדים כלי שיכול לעמוד בתהליך ובלחץ.

הידרוג

הידרוג'ן משתמש במדיום נוזלי מחוסן - מים או שמן נטולי רחמים - כדי לפענח גיליון או צינור לתוך חלל מת.עבור טיטניום ואיקונל, הידרוג'ינג מבוצע לעתים קרובות בטמפרטורות גבוהות כדי לשפר את הדלנות ולהקטין את דרישות הכוח.

(FLT:0) Sheet hydroforming:FLT:1 A ריק הוא clamped על פני מוות, ונוזל בלחץ גבוה (עד 100 MPa או יותר) מוחל על צד אחד, מה שהופך את החומר למוות.טכניקה זו מייצרת רכיבים עם דיוק רב מימדי ומשטח מעולה, והוא יכול ליצור צורות ר רוח כי הם בלתי אפשריים עם אגרוף-נדי-שימוש עבור מטוסים קטנים, כמו הצלחות של תותחים, כמו תותחים, כמו תותחים, כמו תותחים, תותחים, תותחים, תותחים, תותחים קטנים, תותחים, כמו תותחים, תותחים, תותחים, תותחים, תותחים, כמו תותחים, תותחים, תותחים, תותחים, תותחים, תותחים של מטוסים קטנים, תותחים, תותחים, תותחים, תותחים, תותחים, וסולפים.

(FLT:0.FLT) hydroforming: Tubular ריקות חתומות ועיתונות בתוך פנים בעת דחוסים באופן אקסילי למלא את חלל המוות.תהליך זה נפוץ ליצירת רכיבים מבניים קלים כגון מסגרות רכבת ומערכות exhaust. עבור titanium ו- Inconel, הידרוגניציה חמה (כ-300-600 מעלות צלזיוס) משמש לעתים קרובות כדי למנוע סדקים ומערכות ממצה לשיפור ההתפלגות וזרימת.

טופס Sheet (ISF)

יצירת גיליון נייר היקפית היא תהליך גמיש שאינו דורש מת.כלי כללי - לעתים קרובות מוטה קטנה מקצה spherical-end - עובר לאורך נתיב מתוכנת, בהדרגה משמיד גיליון על תמיכה.החומר הוא מעוות מקומית בשפל קטן, המאפשר לכוחות להרכיב להישאר נמוך, אפילו עבור סגסוגת גבוהה סטריאנט.

ISF הוא אטרקטיבי במיוחד עבור אבטיפוס וייצור נמוך כרכים כי עלויות כלי הם מינימליים. עבור titanium ו Inconel, ייצור חם מצטבר (בדרך כלל 300-600 מעלות צלזיוס) יש צורך להימנע סדקים ו קפיצה מוגזמת.התהליך יכול להתבצע על מכונת CNC מ" CNC"ג או רובוט, מה שהופך אותו נגיש בחנויות קטנות.

המונחים: Explosive Forming

יצירת Explosive היא תהליך בעל אנרגיה גבוהה המשתמש גלי הלם מפיצוץ מבוקר כדי לפענח גיליון מתכת לתוך מוות.טכניקה זו מסוגלת ליצור חלקים גדולים מאוד (מונים שונים בקוטר) ויכולה להתמודד עם חומרים כמו טיטניום ואיקונפל שקשה לעצב באמצעים אחרים.

העבודה ממוקמת על מת ומושקע במיכל מים. מטען נפץ ממוצב בדיוק מונק במרחק מבוקר, ומייצר דופק בלחץ גבוה המזרז את הסדין לתוך חלל המוות.השיעורים הגבוהים יכולים למעשה לשפר את יכולת הצורה עבור כמה ⁇ טיטניום על ידי דיכוי צוואר. Explosive נוצר עבור אחד מסוג זה, כמו גם בעיות של כלי שיט לא מתאים, כי הוא לחץ על ידי דיכוי הצוואר.

המונחים: Lubrication

הכלים המשמשים ליצירת טיטניום ואיקונפל חייבים לעמוד בתנאים קיצוניים - טמפרטורות גבוהות, עומסים גבוהים ואינטראקציות פנים חודרניות.בחירת החומר והציפוי הנכונים הוא חשוב כמו בחירת תהליך הרכיב עצמו.

חומרי כלי וקידוד

עבור עיצוב חם וחם, כלים נעשים בדרך כלל מפלדות כלי חם (למשל, H13), Superalloys מבוסס ניקל (למשל, Inconel 718 עצמו), או ⁇ molybdenum (למשל, niTZ-N פלדה כלי פלדה הם לעתים קרובות עלות יעילות עבור טמפרטורות בינוניות (עד 600 מעלות צלזיוס), בעוד superoyalls ו refractorys נדרשים עבור סגסוגת Clasting) כגון ציפוי אלומיניום (N) הוא שמן (Ric) הוא מעל ⁇ s) הוא מעל ⁇ ct) או ציפוי אלומיניום (n) עבור אלומיניום (R) הוא מעל $ (R) 000) 000) 000) עבור אלומיניום (n) הוא מעל $ (n) 000) 000 (n) 000) 000) עבור אלומיניום (או ציפוי אלומיניום (n) 000) עבור פלדה ct) עבור אלומיניום (n) 000) 000) עבור פלדה (אל פלדה (n) 000) 000) עבור פלדה (אלטראט) עבור אלומיניום (או ציפוי אלומיניום (n) הוא לעתים קרובות עלות (או ציפוי אלומיניום (n) 000) עבור פלדה (או ציפוי אלומיניום (או ציפוי אלומיניום (או ציפוי אלומיניום (n) 000) 000) 000) 000) 000) 000) 000 000 000

Lubricants

לובריציה משרתת מטרות מרובות: צמצום החיכוך, שליטה על הצטברות חום, הגנה על משטח העבודה, ומניעה חלקית להסרת חלק. עבור היווצרות חם של טיטניום, lubricants מבוסס גרפיט או מלוטשים מבוססי מים הם נפוצים לאחר מכן.עבור Inconel, molybdenum disulfide (MoS2) או nit boron Nibt (ride) הם בשימוש, במיוחד בטמפרטורות גבוהות יותר מאשר חום.

עיצוב ודי מגניב

בגלל מוליכות תרמית ירודה של ⁇ אלה, שליטה בטמפרטורת מוות היא קריטית. למות עשוי להיות צורך preheated כדי להפחית את ההלם התרמית ואת תנורי חימום בנוי עשוי להיות הכרחי כדי לשמור על טמפרטורת תהליכים. עבור ריצה גבוהה, ערוצי קירור עשויים להיות להוסיף כדי למנוע חימום יתר ולשמור על יציבות ממדית. ... [+] כלים סימום לעזור לקבוע טמפרטורות למות אופטימליות ושיעורי העברה חום.

בקרת איכות ואופטימיזציה של תהליכים

יצירת חומרים קשים לעבודה דורשת בקרת איכות קפדנית בכל שלב, החל מבדיקה חומרית נכנסת באמצעות אימות חלק סופי.

ניתוח יסודות Finite Element Analysis (FEA) Simulation

FEA הפכה חיונית לחיזוי יכולת, קפיצה וחלוקה טמפרטורה ב titanium ו-Inconel להרכיב.מודלים המרכיבים חייבים ללכוד במדויק את ההתנהגות התלת-טמפרטורה של החומר וטיפוח-המתח.FLT:0:0 כלי FEAdern FEALACFLT:1 לאפשר למהנדסים לבחון כמעט פרמטרים מרובים - כגון בעל כוח ריק, מהירות, מהירות, ומהירות סיכה - לפני חיתוך מתכות יקרות.

פיקוח טמפרטורה ובקרה

מדידה טמפרטורה גבוהה היא קריטית ביצירה חמה וחמה.התרמוסקופים משובצים בכלי או ב- Workpiece מספקים משוב בזמן אמת.עבור תהליכים כמו יצירת סופרפלסט, pyrometers או מצלמות אינפרא אדום יכולים לפקח על טמפרטורת פני השטח ללא מגע. שמירה על הטמפרטורה בתוך חלון צר (לעתים קרובות ± 10 מעלות צלזיוס) חיוני להשגת עקביות ונכסים סופיים.

בדיקה לא הרסנית (NDT)

לאחר יצירת, חלקים נבדקים עבור פגמים פנימיים ומשטחיים.בדיקת אולטרה סאונד מזהה סדקים, רִיק, או delaminations. Dye Penetrant או eddy הנוכחי בדיקה משמשת עבור פגמים משטח. בדיקת מימד עם מכונות מדידה (CMM) או 3D סריקה ורי סריקה תואם סובלנות, אשר יכול להיות חזק כמו 0.05 מ"מ עבור חלל קריטי.

יישומים בתעשיות

הטכניקות שתוארו לעיל מאפשרות ייצור רכיבים שאחרת לא יהיה אפשרי לייצר דוגמאות כלכליות.

  • (FLT:0)Aerospace: FLT:1 , Titanium fan להבים, Inconel טורבינות דיסק, ו- Superplastically created nozzle Assemblies for Jet Engines.
  • (FLT:0) מנוע:0 (Automotive:FLT:1) קל משקל קל משקל טיטניום המקשר מוטות ומערכות ממצה בכלי רכב בעלי ביצועים גבוהים. חלקי Inconel משמשים בדיור מכווצים ומגנים חום.
  • (FLT:0Chemical and Oil & Gas:cioFLT:1) טיטניום flanges, שסתום גופות, ולוחות החלפת חום לסביבות קורוזיות.
  • (FLT:0Medical:cioFLT:1) טיטניום אוטופדי שתלים (hips, Knee, צלחות) שנוצרו על ידי הידרוגנר חם או ISF כדי ליצור ג'מmetries מותאם אישית עם ביו-קופטרון מעולה.
  • (ב) ,0) ,Defense: 1FLT:1 , נוצרו באופן רטינומי לוחות שריון טיטניום ו-Inconel רקטות נסחרות במערכות טילים.

פיתוח עתידי

המחקר ממשיך לדחוף את הגבולות של מה שניתן ביצירת חומרים קשים.(FLT:0)Digital TwinphFLT:1 טכנולוגיה משולבת עם יצירת עיתונות המאפשרת שליטה הסתגלות בזמן אמת של טמפרטורה ולחץ. ייצור אדקטיבית משולב עם יצירת (תהליכים היברידיים) כדי ליצור preforms עם דגנים אופטימטיביים או להוסיף תכונות קשיחות להיווצרות לדישנים חדשים.

אימוץ שיטות מתקדמות אלה יישארו מונעים על ידי דרישות עבור רכיבים קלים, חזקים יותר, ועמידים יותר.כפי שתעשיות ממשיכות לדחוף את הטמפרטורות התפעוליות ואת רמות הלחץ גבוהות יותר, היכולת ליצור טיטניום ובאופן אמין ויעיל רק יגדלו בחשיבותו.