كيفية صنع فرن تزوير التيتانيوم؟

في التصنيع-المتطور والتصنيع الدقيق، أصبحت المطروقات المصنوعة من التيتانيوم، نظرًا لقوتها العالية ومقاومتها للتآكل وخصائصها الخفيفة، مواد أساسية للمكونات المهمة مثل-شفرات المحرك الهوائي والأجزاء الهيكلية للمركبات الفضائية. باعتباره المعدات الأساسية في عملية الحدادة، يجب أن يتم تصميم فرن الحدادة بالتيتانيوم ليتوافق بدقة مع الخصائص الفيزيائية لسبائك التيتانيوم-الموصلية الحرارية المنخفضة، ومقاومة التشوه العالية، وحساسية الأكسدة العالية لدرجة الحرارة-. بدءًا من نظام التسخين إلى هيكل القالب، ومن التحكم في درجة الحرارة إلى عمليات التشحيم، يجب أن يخترق كل جانب الحدود التقنية لطرق المعادن التقليدية لتحقيق تشوه بلاستيكي مثالي لسبائك التيتانيوم.

تحدد نافذة درجة حرارة الحدادة الضيقة والحساسية الشديدة لأكسدة سبائك التيتانيوم بشكل مباشر منطق التصميم الأساسي لنظام تسخين فرن تزوير التيتانيوم. يمكن أن تعمل عملية طرق الفولاذ الكربوني التقليدية في نطاق درجة حرارة واسع يصل إلى 800-1200 درجة، بينما تتركز درجة حرارة الطرق المثالية لسبائك التيتانيوم (مثل TC4) بين 900-950 درجة؛ تجاوز هذا النطاق بمقدار 20 درجة يمكن أن يؤدي إلى خشونة الحبوب أو تشققها. لذلك، تتطلب أفران تشكيل التيتانيوم تقنية التحكم في درجة الحرارة ثنائية المنطقة: تقوم منطقة التسخين الرئيسية بتسخين البليت بدقة إلى درجة الحرارة المستهدفة باستخدام أسلاك المقاومة أو ملفات الحث، بينما تحافظ منطقة التثبيت على تجانس درجة الحرارة من خلال تعميم الهواء الساخن، مع التحكم في اختلاف درجة الحرارة ضمن ±5 درجة. على سبيل المثال، يستخدم فرن تشكيل التيتانيوم الذي تستخدمه إحدى شركات الطرق الفضائية، عند تسخين سبيكة تيتانيوم φ600 مم، منحنى تسخين مجزأ (تسخين عند 300 درجة / ساعة إلى 600 درجة، ثم عند 150 درجة / ساعة إلى 950 درجة)، بالإضافة إلى ردود الفعل في الوقت الفعلي من مقياس حرارة يعمل بالأشعة تحت الحمراء، مما يقلل فرق درجة الحرارة بين مركز وسطح قطعة البليت من درجة 80 التقليدية إلى 15 درجة. ‎ يقلل بشكل كبير من التشققات الداخلية الناتجة عن الإجهاد الحراري.

يعد تصميم نظام القالب أمرًا أساسيًا للتغلب على الاختناقات الفنية في أفران تشكيل التيتانيوم. تتميز سبائك التيتانيوم بسيولة ضعيفة ولزوجة عالية؛ تكون قوالب الحدادة التقليدية عرضة لتدفق المعدن أو التصاقه بسبب الاحتكاك المفرط. ولذلك، تتطلب قوالب فرن تشكيل التيتانيوم هيكلًا من طبقتين-: الطبقة الداخلية عبارة عن سبيكة ذات درجة حرارة عالية-مرتكزة على النيكل (مثل سبيكة K3)، قادرة على تحمل درجات حرارة تصل إلى 1000 درجة ولا تتفاعل كيميائيًا مع سبائك التيتانيوم؛ الطبقة الخارجية عبارة عن هيكل عظمي من الفولاذ الكربوني، يتم تبريده بواسطة قنوات دوران المياه لمنع القالب من التليين بسبب درجات الحرارة المرتفعة لفترة طويلة. يجب أن يكون نصف قطر زاوية القالب أكبر بنسبة 30% من نصف قطر قوالب تشكيل الفولاذ لتقليل تركيز الضغط؛ يجب التحكم في خشونة سطح تجويف القالب تحت Ra0.8μm، ويتم رش مادة تشحيم ذات أساس -ماء- من الجرافيت لتقليل معامل الاحتكاك من 0.5 إلى 0.05. قامت إحدى الشركات بتطوير قالب طرق متساوي الحرارة لإنتاج شفرات سبائك التيتانيوم TC11. من خلال تثبيت درجة حرارة القالب عند 920 درجة (فرق درجة الحرارة من البليت أقل من أو يساوي 30 درجة) واستخدام مكبس هيدروليكي 500 طن للبثق البطيء (سرعة التشوه 0.5 مم / ثانية)، تم تحسين التدفق المستمر للمطروقات بنجاح إلى 98٪، وهو ما يتجاوز بكثير 75٪ من الطرق التقليدية.

يعد الترقية الذكية لنظام التحكم في درجة الحرارة جانبًا أساسيًا آخر للتكرار التكنولوجي لأفران تزوير التيتانيوم. أقل من 850 درجة، تزيد مقاومة التشوه لسبائك التيتانيوم بشكل كبير؛ على سبيل المثال، مقاومة التشوه لسبائك TC4 عند 700 درجة هي أربعة أضعاف تلك عند 950 درجة. لذلك، تحتاج أفران طرق التيتانيوم إلى دمج وحدات التحكم في درجة الحرارة متعددة -المراحل: تستخدم مرحلة التسخين خوارزمية PID للتحكم بدقة في معدل التسخين؛ تستخدم مرحلة الحدادة مراقبة مزدوجة باستخدام موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء والمزدوجات الحرارية لضبط قوة التسخين في الوقت الفعلي؛ وتستخدم مرحلة التبريد تبريد الهواء على مراحل (التبريد السريع الأول عند 600 درجة، ثم التبريد الطبيعي عند 300 درجة) لتجنب -ترسيب الطور غير الطبيعي بسبب التبريد السريع المفرط. إن فرن تشكيل التيتانيوم الذكي الذي طوره معهد بحثي، من خلال تضمين 12 مجموعة من مستشعرات درجة الحرارة وخوارزميات الذكاء الاصطناعي، قد قلل من نطاق تقلب درجة حرارة الحدادة من ±15 درجة إلى ±3 درجة، مما أدى إلى زيادة قوة الشد في درجة حرارة الغرفة لمطروقات سبائك التيتانيوم TC18 من 1100 ميجا باسكال إلى 1250 ميجا باسكال والاستطالة من 8% إلى 12%.

بدءًا من الأقراص التوربينية في المحركات الجوية-ووصولاً إلى هياكل الضغط في الغواصات-في أعماق البحار، تعمل التطورات التكنولوجية في أفران تشكيل التيتانيوم على إعادة تشكيل حدود التصنيع-المتطور. ولا تكمن قيمته الأساسية في تحقيق التشكيل الدقيق لسبائك التيتانيوم فحسب، بل أيضًا في إطلاق الإمكانات النهائية لخصائص المواد من خلال التحكم المنسق في درجة الحرارة والضغط والتشحيم. من خلال التكامل العميق لتقنيات المحاكاة الرقمية (مثل DEFORM-3D) والإنترنت الصناعي، تتحول أفران تشكيل التيتانيوم من "المعتمدة على الخبرة-" إلى "المعتمدة على البيانات"، مما يوفر ضمانًا أكثر موثوقية للعملية لتطبيق سبائك التيتانيوم في البيئات القاسية. وهذا التفاعل الدقيق بين درجة الحرارة والقوة سيدفع التصنيع الصيني في نهاية المطاف نحو دقة أعلى وموثوقية أكبر.