מהם הגורמים המרכזיים המשפיעים על זרימת מתכות בשיחול חומרי טיטניום?

יציקת שחול היא שיטה חשובה לעיבוד פלסטי של חומרי טיטניום. מצב זרימת המתכת הוא גורמי הליבה של איכות המוצרים שחולצו; האחידות שלו משפיעה ישירות על המאפיינים המכניים, דיוק הממדים ואיכות פני השטח של המוצרים. זרימה לא אחידה עלולה לגרום לפגמים, כמו חללי התכווצות, סדקים והפרדה של הרכב.

 

 

מבנה הגביש, ההרכב הכימי והתכונות התרמופיזיקליות שלחומרי טיטניוםהם גורמים אינהרנטיים. במהלך שחול, גורמים אלה קובעים את התנהגות זרימת המתכת ומשפיעים ישירות על יכולת העיוות הפלסטי והתנגדות הזרימה.

 

1. מבנה גביש ומאפייני שינוי שלב

• טרנספורמציה שלבים של טיטניום טהור: בטמפרטורת החדר, הוא -Ti עם פלסטיות נמוכה בטמפרטורה- נמוכה וזרימה לא אחידה; מעל 882 מעלות, הוא הופך ל--Ti עם פלסטיות משופרת וזרימה אחידה יותר.

 

• השפעת יסודות סגסוגת: -אלמנטים מייצבים כגון Al ו-Sn מגבירים את טמפרטורת שינוי הפאזה; -אלמנטים מייצבים (Mo ו-V) מורידים את טמפרטורת טרנספורמציה של פאזה. נדרשת בקרת טמפרטורה מדויקת בהתאם להרכב כדי להתאים את הזרימה האופטימלית

2. הרכב כימי ותכולת טומאה

• השפעת המרכיבים העיקריים: שנה את ההתנגדות-בטמפרטורה גבוהה לעיוותים ואת הפלסטיות; סטיות בהרכב מטווח העיצוב מובילות בקלות לזרימה לא אחידה.

 

• השפעת זיהומים: O, N ו-C מגבירים את ההתנגדות ומפחיתים את הפלסטיות. סביר להניח שזה יוצר פיצוח; כמות קטנה של Fe מועילה לפלסטיות, אך עודף Fe יוצר שלבים שבירים המעכבים את הזרימה. צריך את בקרת הטומאה הקפדנית.

3. מאפיינים תרמופיזיים

• מוליכות תרמית נמוכה: חום דפורמציה קשה לפיזור, נוטה לטמפרטורות גבוהות מקומיות, וכתוצאה מכך מרכזים רכים עם זרימה מהירה וקצוות קשים עם זרימה איטית, ויוצרים הבדל במהירות הזרימה.

 

• מקדם התפשטות ליניארי קטן: התכווצות/התרחבות בנפח נמוך, אך בקרת טמפרטורה לא נכונה תיצור מתח תרמי, תשנה את כיוון הזרימה ומשפיעה על דיוק הממדים.

 

 

1. טמפרטורת שחול

הליבה היא להתאים את מבנה הפאזה של החומר על ידי שליטה בטווח הטמפרטורות, איזון הפלסטיות והביצועים.

• טמפרטורה נמוכה (מתחת לנקודת טרנספורמציה של פאזה): פלסטיות ירודה, פיצוח קל וזרימת מתכת לא אחידה, מהם יש להימנע ככל האפשר.

 

• טמפרטורה בינונית (קרוב לנקודת המרת הפאזה): + אזור דו-פאזי-, המחייב בקרת טמפרטורה מדויקת; אחרת, סביר להניח שיתרחש מתח פנימי.

 

• טמפרטורה גבוהה (מעל נקודת הטרנספורמציה של הפאזה): פלסטיות טובה וזרימה אחידה, אך טמפרטורה גבוהה מדי תגרום לצמיחת גרגרים ולירידה בחוזק.

 

• דוגמה: סגסוגת Ti-6Al-4V משמשת בדרך כלל ב-920-980 מעלות (+ אזור פאזה) כדי לאזן בין פלסטיות ויציבות גרגרים.

2. מהירות שחול

לווסת את יציבות הזרימה על ידי שליטה בזמן העיוות והחום.

• מהירות נמוכה: זרימה אחידה ואיכות פני שטח טובה, אך יעילות ייצור נמוכה והדבקה קלה של עובש.

 

• מהירות גבוהה: עליית טמפרטורה מקומית מהירה וזרימה מואצת, אך נוטה ל"זרימה מקדימה", המובילה לסטיית ממדים או סדקים.

 

• נקודת מפתח: לחומרי טיטניום יש מוליכות תרמית נמוכה, ולכן יש צורך בקרת מהירות קפדנית. המהירות הנפוצה עבור טיטניום טהור היא 5-15 מ"מ לשנייה, ועבור סגסוגת Ti-6Al-4V היא 3-10 מ"מ לשנייה; מעבר ל-20 מ"מ לשנייה קל לפגמים.

3. יחס שחול

משקף את מידת עיוות החומר, המשפיע על אחידות הזרימה והצפיפות.

• יחס שחול קטן (<10): Small deformation, flow concentrated in the center, and easy "subsurface porosity" at the edges.

 

• Large extrusion ratio (>10): עיוות מספיק, זרימה אחידה וצפיפות גבוהה, אך עמידות גדולה לדפורמציה ובלאי קל של עובש.

 

• דוגמה: 8-15 עבור פרופילים דקים ו-15-25 עבור מוטות טיטניום מוצקים, בהתאמה לדרישות המוצר השונות.

4. תנאי שימון

תפקוד ליבה: הפחתת החיכוך בין התבנית לחומר, הקלה על זרימת מתכת אחידה והפחתת בלאי עובש וצריכת אנרגיה.

• דרישת מפתח: טמפרטורת שחול חומרי טיטניום גבוהה, וחומרי סיכה קונבנציונליים קלים להיכשל; יש להשתמש בחומרי סיכה עמידים-בטמפרטורה גבוהה.

 

• פתרון מועדף: חומרי סיכה מזכוכית יכולים ליצור סרט בידוד, להפחית את מקדם החיכוך מ-0.3-0.5 ל-0.1-0.2, וגם לספק בידוד חום והפחתת נזקים.

 

• אזהרת סיכון: סיכה לא מספקת או כשל בחומר יובילו ל"אזורי זרימה עומדים", ויגרום לשריטות משטח המוצר ולסדקים פנימיים.

 

קבוצת Ruihang שלנו בוחרת בקפדנות את חומרי הגלם להמסה ולעידון של מטילי הטיטניום, ומספקת את מוטות הטיטניום, הצלחות ומוצרי הטיטניום האחרים באיכות גבוהה- לאחר עיבוד פלסטי של חומרי טיטניום. לפרטים נוספים, אנא צור איתנו קשר באמצעות האימייל:Sam.Rui@bjrh-titanium.com