I. Landasan Teori dan Karakteristik Teknologi Pengolahan Plastik Paduan Titanium
1. Prinsip Umum Pemrosesan Plastik Logam Inti dari pemrosesan plastik paduan titanium adalah memanfaatkan kapasitas deformasi plastis logam padat untuk mengubah struktur mikronya melalui kekuatan eksternal, yang pada akhirnya memperoleh bahan titanium dengan bentuk dan sifat yang diinginkan. Proses ini mengikuti teori klasik pengolahan logam-plastik, antara lain:
• Hubungan tegangan-regangan: Tegangan aliran paduan titanium menunjukkan hubungan non-linier dengan suhu deformasi dan laju regangan;
• Mekanisme rekristalisasi: Rekristalisasi dinamis adalah kunci untuk memurnikan butiran dan meningkatkan plastisitas;
• Gesekan dan pelumasan: Koefisien gesekan selama penggulungan secara langsung mempengaruhi kualitas bentuk lembaran. Konsensus teknis: Pemrosesan paduan titanium memerlukan keseimbangan antara suhu, jumlah deformasi, dan kontrol oksidasi untuk menghindari pembentukan butiran kasar dan cacat permukaan.
2. Tantangan Unik Paduan Titanium Dibandingkan dengan logam tradisional seperti baja, tembaga, dan aluminium, kesulitan pemrosesan paduan titanium terletak pada:
• Ketahanan terhadap deformasi yang tinggi: Kekuatan leleh titanium murni tiga kali lipat dari aluminium, dan tingkat pengerasan kerja paduan titanium (seperti GR5) hingga dua kali lipat dari baja;
• Jendela plastisitas sempit: Titanium murni memiliki plastisitas yang buruk pada suhu kamar dan memerlukan pengerolan hangat pada suhu 200-450 derajat atau pengerolan panas pada suhu di atas 800 derajat untuk memperoleh sifat mampu bentuk yang baik;
• Peka terhadap oksidasi-suhu tinggi: Titanium teroksidasi dengan cepat di atas 600 derajat , membentuk lapisan oksida yang keras dan rapuh (TiO₂), sehingga meningkatkan kesulitan pemrosesan selanjutnya;
• Kecenderungan kuat untuk menyerap gas: Ia dengan mudah menyerap unsur-unsur interstisial seperti hidrogen dan oksigen selama pemanasan atau pengawetan, sehingga menyebabkan "penggetasan hidrogen" atau "penggetasan oksigen". Studi kasus: Dalam produksi lembaran logam dirgantara, kesalahan dalam kontrol suhu pemanasan mengakibatkan ketebalan lapisan oksida yang berlebihan, yang pada akhirnya menyebabkan seluruh kumpulan lembaran logam tersebut dibuang, yang mengakibatkan kerugian beberapa juta yuan.
II. Alur Proses Inti untuk Produksi Pelat, Strip, dan Foil Paduan Titanium
1. Persiapan dan Perlakuan Awal Pelat
• Pemilihan Bahan Baku: Ingot titanium{0}}dengan kemurnian tinggi yang dibuat menggunakan proses VAR (Vacuum Arsenic Arc Refining) atau EB (Electron Beam Refining), dengan kandungan pengotor Kurang dari atau sama dengan 0,1%;
• Perawatan Permukaan: Menghilangkan cacat permukaan (seperti retakan dan inklusi) dari ingot dengan cara sandblasting atau pembubutan untuk mencegah penyebaran retakan selama pemrosesan;
• Kontrol Dimensi: Merancang ketebalan pelat sesuai dengan spesifikasi produk jadi; ketebalan pelat canai panas-biasanya 150-300mm. Persyaratan Standar: Kekasaran permukaan pelat Ra Kurang dari atau sama dengan 3,2μm untuk memastikan stabilitas penggulungan selanjutnya.
2. Kontrol Proses Pemanasan
• Pemanasan Bergulir Panas:
• Metode Pemanasan Tersegmentasi: Pertama, panaskan hingga 600 derajat dengan kecepatan kurang dari atau sama dengan 50 derajat / jam, tahan selama 2 jam, lalu panaskan dengan cepat hingga 950-1050 derajat (+ wilayah fase);
• Perlindungan Suasana: Perkenalkan gas argon atau gunakan pemanas vakum dalam tungku pemanas listrik untuk mengurangi laju oksidasi;
• Keseragaman Suhu: Pantau secara real time dengan termometer inframerah, penyimpangan suhu kurang dari atau sama dengan ±10 derajat.
• Pemanasan Bergulir Hangat: Dikendalikan pada 650-750 derajat, ketebalan lapisan oksida Kurang dari atau sama dengan 2μm, dapat langsung dihilangkan dengan pengawetan. Parameter Utama: Penyimpangan suhu pemanasan harus dikontrol dalam ±10 derajat untuk menghindari panas berlebih lokal yang menyebabkan butiran menjadi kasar.
3. Desain proses penggulungan
(1) Proses pengerolan panas
• Suhu penggulungan awal: 980-1020 derajat, suhu penggulungan akhir lebih besar dari atau sama dengan 850 derajat;
• Pengurangan per pass: pengurangan pass pertama Kurang dari atau sama dengan 15%, pass selanjutnya ditingkatkan secara bertahap hingga 30%-40%;
• Kontrol butiran: deformasi lintasan akhir diselesaikan di wilayah fase (Kurang dari atau sama dengan 882 derajat), menyempurnakan butiran ke tingkat ASTM 8-10;
• Kontrol bentuk: sistem gulungan lentur hidrolik digunakan untuk mengontrol tegangan sisa Kurang dari atau sama dengan 50MPa.
(2) Proses penggulungan hangat
• Kisaran suhu: 600-700 derajat, memanfaatkan karakteristik rekristalisasi dinamis titanium untuk meningkatkan plastisitas;
• Kontrol lapisan oksida: ketebalan lapisan oksida pasca-penggulungan Kurang dari atau sama dengan 2μm, yang dapat langsung dihilangkan dengan pengawetan;
• Perencanaan lintasan: pengurangan lintasan tunggal Kurang dari atau sama dengan 8%, deformasi total Kurang dari atau sama dengan 30%, menghindari retak tepi. Keuntungan: penggulungan hangat dapat menghilangkan proses anil perantara, sehingga memperpendek siklus produksi lebih dari 20%.
(3) Proses pengerolan dingin
• Desain multi-lintasan: pelat tipis 0,3-1,8 mm perlu digulung dingin dalam 5-8 lintasan, dengan jumlah deformasi dikontrol pada 10%-15% per lintasan;
• Anil menengah: Anil vakum (650 derajat /2 jam) dilakukan ketika jumlah deformasi kumulatif mencapai 30% untuk menghilangkan pengerasan kerja;
• Kualitas permukaan: Teknologi pelumasan pelapis gulungan diterapkan untuk mengurangi cacat goresan. Perlakuan material paduan tinggi: Untuk paduan tipe + seperti Ti-6Al-4V, jumlah deformasi per lintasan perlu dikurangi menjadi 5%-8% untuk mencegah retak tepi.
4. Penyelesaian dan-pasca perawatan
• Proses pengawetan:
• Metode dua-langkah: Pertama, lapisan oksida dihilangkan dengan campuran asam 10%HF + 30%HNO₃, lalu dipasivasi dengan asam sitrat 5%;
• Alternatif ramah lingkungan: Kembangkan proses pengawetan-bebas fluor untuk mengurangi jumlah asam fluorida yang digunakan lebih dari 80%.
• Proses Pelurusan: Tegangan sisa dihilangkan dengan menggunakan pelurus sepuluh-gulungan, sehingga mencapai kelurusan Kurang dari atau sama dengan 1mm/m;
• Inspeksi Permukaan: Cacat subkutan dideteksi menggunakan detektor cacat arus eddy untuk memastikan tidak adanya retakan, inklusi, dan cacat lainnya.
AKU AKU AKU. Arah Optimasi Proses dan Tren Industri
1. Teknologi Pembentuk Bentuk Dekat-Net-: Mengembangkan teknologi penggulungan presisi untuk mengurangi kelonggaran pemesinan dari 3 mm tradisional menjadi 0,5 mm;
2. Kontrol Cerdas: Memperkenalkan teknologi kembar digital untuk memantau gaya bergulir, bidang suhu, dan parameter lainnya secara real time, memungkinkan penyesuaian proses adaptif;
3. Manufaktur Ramah Lingkungan: Mempromosikan-proses pengawetan bebas fluor untuk mengurangi risiko pencemaran lingkungan;
4. Pemrosesan Komposit: Menjelajahi-teknologi pembentukan komposit bergulir laser untuk menembus batas pembentukan paduan titanium pada suhu ruangan;
5. Pembentukan Superplastik: Mencapai superplastisitas paduan titanium pada 850-950 derajat melalui kontrol struktur mikro untuk pembentukan terintegrasi bagian struktural yang kompleks.