Osnovni procesi duboke obrade titana: savijanje, utiskivanje, predenje i širenje cijevi

Duboka obrada pretvara titansku ploču, lim, cijev i šipku u gotove komponente kao što su koljena cijevi, kanali, glave tlačnih posuda, cijevni listovi izmjenjivača topline i centrifugirana kućišta. Titan je teže oblikovati nego čelik ili aluminij, tako da svaki postupak mora biti usklađen sa stanjem legure, debljinom stijenke i potrebnom konačnom geometrijom. Ovaj članak daje pregled četiri temeljna dubinska{2}}procesa obrade - savijanje, utiskivanje, predenje i širenje cijevi - s parametrima i kontrolama koje određuju uspjeh.

1. Zašto je titan teško oblikovati

Tri svojstva materijala dominiraju ponašanjem oblikovanja titana. Prvo, modul elastičnosti je oko 103-114 GPa, otprilike polovica od čelika, što proizvodi veliki elastični oporavak (povratna opruga) nakon oblikovanja. Drugo, omjer razvlačenja-i rastezanja je visok, tako da je radni raspon plastike uzak, a male pogreške u geometriji alata pretvaraju se u velike pogreške oblika. Treće, titan brzo reagira s kisikom i dušikom iznad oko 600 C, stvarajući krti alfa omotač koji se mora izbjegavati ili ukloniti. Praktične posljedice: alati za savijanje i utiskivanje trebaju dodatke za prekomjerno savijanje, toplo oblikovanje mora se izvoditi u kontroliranoj atmosferi ili uz tijesne procesne prozore, a podmazivanje mora spriječiti nagrizanje između dijela i površine alata.

2. Savijanje titanskih cijevi i profila

Savijanje cijevi kombinira elastičnu i plastičnu deformaciju; vanjska stijenka se stanji, a unutarnja podeblja, dok se neutralna os pomiče prema van. Za titansku cijev, minimalni radijus savijanja obično je 2 do 3 puta veći od promjera cijevi za savijanje trna, a opružni povrat od 5-15 stupnjeva mora se kompenzirati prekomjernim savijanjem alata. Hladno savijanje praktično je za cijevi vanjskog promjera ispod 50 mm i omjera debljine stijenke koji izbjegava izvijanje; nakon hladnog savijanja, preporučuje se-žarenje za ublažavanje naprezanja na 480-650 C za vraćanje duktilnosti i stabilizaciju dimenzija. Vruće savijanje, izvedeno kao savijanje rotacijskim izvlačenjem ili potisnim savijanjem na 600-800 C, značajno smanjuje granicu tečenja i opružni povrat i omogućuje uže radijuse i deblje stijenke, ali zahtijeva zaštitu od oksidacije. Zatezno (istezano) savijanje je poželjno za profile velikog radijusa gdje se izobličenje poprečnog presjeka mora svesti na minimum.

3. Utiskivanje i oblikovanje titanskog lima

Utiskivanje titanijskog lima je teže nego kod ugljičnog čelika ili aluminija zbog potrebnog većeg radijusa savijanja (obično 2-4 puta debljine lima za savijanja od 90-stupnjeva u stupnju 2, više za-legure visoke čvrstoće) i snažnog usmjerenja valjanog lima. U praksi se koriste tri načina: hladno oblikovanje tankih limova (do oko 3 mm) s malim deformacijama i umjerenom preciznošću; vruće oblikovanje na 600-800 C za debele ploče i velike dijelove, gdje niži stres tečenja omogućuje duboko izvlačenje; i prethodno oblikovanje nakon čega slijedi vruće ravnanje, koje kombinira točnost hladnog rada s mogućnošću oblikovanja vrućeg rada za složene oblike. Duboko izvlačenje titana zahtijeva pažljivu kontrolu sile slijepog držača, velike radijuse kutova i učinkovito podmazivanje; srednje žarenje je često potrebno za višefazno izvlačenje.

4. Predenje (rotacijsko oblikovanje)

Predenje, ili predenje metala, progresivno deformira rotirajući proizvod preko trna pomoću valjaka. Proces kombinira elemente kovanja, ekstruzije, rastezanja i savijanja, a vrlo je učinkovit za osnosimetrične dijelove kao što su stošci, kupole, cilindri i mlaznice. U usporedbi s prešanim oblikovanjem, predenje na titanu nudi uštedu materijala od 20-50 % jer početni uzorak može biti blizu konačnog razvijenog oblika, visoke završne obrade površine i točnosti dimenzija na promjerima od +/-0,5 mm ili bolje. Predenje smicanjem (formiranje protokom) može namjerno smanjiti debljinu stijenke, proizvodeći bešavne stožaste i cilindrične ljuske s profinjenom strukturom zrna i poboljšanim mehaničkim svojstvima. Dijelovi od titana proizvedeni predenjem uključuju zrakoplovne kanale, glave kemijskih posuda, kućišta raketnih motora i centrifuge.

5. Širenje cijevi i spojevi cijevi-na-cijevne ploče

Ekspandiranje cijevi mehanička je metoda spajanja koja deformira stijenku cijevi radijalno u žljebove ili nasuprot otvoru cijevne ploče kako bi se stvorio-nepropusni,-nosivi spoj, koji se široko koristi u izmjenjivačima topline-i-cijevima, kondenzatorima i hladnjacima. Uobičajene su tri tehnike: mehaničko valjanje, gdje suženi valjci šire cijev pod kontroliranim momentom; hidrauličko ili fleksibilno širenje, koje koristi pritisak tekućine ili fleksibilni mjehur za ravnomjerno širenje na velikim duljinama; i eksplozivno širenje, gdje detonirajuće punjenje širi cijev gotovo trenutno, prikladno za debele cijevne ploče i teške materijale. Stupanj ekspanzije mora se precizno kontrolirati - obično 3-8 % smanjenja stijenke ovisno o dizajnu spoja - jer nedovoljno-propuštanje ekspanzije i preko-ekspanzija uzrokuje stanjivanje stijenke, otvrdnjavanje i osjetljivost na koroziju naprezanja. Nakon proširenja, kraj cijevi se često raširi ili zavari na cijevnu ploču radi jačeg brtvljenja, a spoj se ispituje pod tlakom prema primjenjivom kodu.

6. Odabir procesa i kontrola kvalitete

Odaberite proces prema geometriji: osnosimetrični šuplji dijelovi favoriziraju predenje; prizmatični ili kutijasti-dijelovi pogoduju žigosanju; cijevi i profili pogoduju savijanju; veze cijevi-na-cijevne ploče pogoduju širenju. Bez obzira na rutu, provjerite stanje legure (žareno, hladno-obrađeno ili-otopljeno), kontrolirajte temperaturu oblikovanja unutar navedenog raspona, nanesite odgovarajuća maziva i pregledajte površinske pukotine, narančinu koru, stjenke-iznad tolerancije i alfa kućište nakon bilo kakve vruće obrade. Dimenzionalne provjere, ispitivanje penetrantom na sumnjivim područjima i provjera tvrdoće ili rastezanja na ispitnim kuponima upotpunjuju paket prihvaćanja. Oblikovane komponente od titana obično se isporučuju prema istim standardima materijala kao i početni proizvod, na primjer ASTM B338 ili ASME SB338 za cijevi, s načinom oblikovanja dokumentiranim u zapisu o proizvodnji.

7. FAQ

P1: Koji je minimalni radijus savijanja za titansku cijev?

Za savijanje žarene cijevi malog-promjera, radijus središnje linije od 2-3 puta veći od promjera cijevi uobičajeni je minimum; manji radijusi zahtijevaju vruće savijanje, poseban alat ili drugačije stanje legure.

P2: Opružuje li titan više od čelika?

Da, značajno. Budući da je modul elastičnosti titana otprilike upola manji od modula čelika, opružni povrat je otprilike dva do tri puta veći; alat mora uključivati ​​kompenzaciju prekomjernog savijanja, potvrđenu probnim oblikovanjem.

P3: Može li se lim od titana duboko izvlačiti?

Da, s ograničenjima. Listovi stupnja 1 i razreda 2 dobro se izvlače kada su kutni radijusi izdašni, sila slijepog držača je kontrolirana i podmazivanje je učinkovito; legure visoke -čvrstoće kao što je Grade 5 obično zahtijevaju toplo oblikovanje ili srednje žarenje za duboko izvlačenje.

P4: Koja je prednost predenja u odnosu na žigosanje titana?

Predenje koristi manje sile oblikovanja, zahtijeva jeftiniji alat i štedi 20-50 % materijala za osnosimetrične dijelove, dok se postiže dobra završna obrada površine i kontrolirana debljina stijenke kroz predenje smicanjem.

P5: Kako se kontrolira stupanj ekspanzije kod širenja cijevi?

Kontrolom zakretnog momenta za mehaničko kotrljanje, tlaka za hidrauličko širenje ili veličine punjenja za eksplozivno širenje i provjerom pomoću mjerenja stjenke cijevi i ispitivanja izvlačenja-ili pritiska na uzorcima spojeva.

P6: Koje nedostatke treba pregledati nakon vrućeg oblikovanja titana?

Provjerite ima li alfa kućišta (-krhki površinski sloj bogat kisikom), promjene boje zbog neadekvatne zaštite, pukotina na uglovima, pretjeranog stanjivanja stjenke i izobličenja. Uklonite alfa kućište strojnom obradom ili dekapiranjem prije servisiranja.