Phân tích quá trình đùn titan: Các yếu tố chính ảnh hưởng đến dòng chảy kim loại

Đùn nóng đóng một vai trò quan trọng trongvật liệu titanxử lý. Tuy nhiên, đặc tính hóa lý độc đáo của titan và hợp kim titan khiến quá trình này phức tạp hơn nhiều so với hợp kim nhôm, hợp kim đồng hoặc thậm chí là thép. Tính đồng nhất của dòng kim loại ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của sản phẩm ép đùn. Hôm nay, chúng ta sẽ đi sâu vào các yếu tố chính ảnh hưởng đến dòng chảy kim loại trong quá trình ép đùn vật liệu titan.

 

 

Những thách thức nảy sinh từ đặc tính vốn có của Titan

 

Thanh titan và phôi hợp kim titan có độ dẫn nhiệt thấp, một đặc tính đặt ra những thách thức đáng kể trong quá trình ép đùn nóng. Khi nhiệt độ thùng đùn đạt 400 độ C, chênh lệch nhiệt độ giữa lớp bề mặt và lớp bên trong của phôi có thể lên tới 200-250 độ C. Cùng với tác dụng tăng cường hấp thụ khí, kim loại trên bề mặt và ở trung tâm phôi thể hiện sự khác biệt đáng kể về độ bền và độ dẻo, dẫn đến biến dạng cực kỳ không đồng đều trong quá trình ép đùn. Điều này dẫn đến ứng suất kéo bổ sung đáng kể trên lớp bề mặt, đây là nguyên nhân sâu xa gây ra các vết nứt và vết nứt trên bề mặt của sản phẩm ép đùn.

 

Hơn nữa, vật liệu titan, ở 980 độ và 1030 độ, tạo thành eutectic dễ nóng chảy với vật liệu khuôn hợp kim gốc sắt-hoặc niken{3}}, gây ra sự mài mòn khuôn nghiêm trọng. Do đó, chất bôi trơn hiện đang cần thiết cho việc đùn các thanh hợp kim titan.

 

Các yếu tố cốt lõi ảnh hưởng đến dòng chảy kim loại

 

Phương pháp ép đùn

Các phương pháp ép đùn khác nhau ảnh hưởng đáng kể đến tính đồng nhất của dòng kim loại:

Đùn ngược tốt hơn ép đùn thuận vì nó thay đổi hướng và mức độ ma sát giữa kim loại và xi lanh ép đùn, làm giảm lực cản ma sát đối với dòng kim loại và cho phép dòng chảy mượt mà hơn.

Đùn nguội dẫn đến dòng kim loại đồng đều hơn so với ép đùn nóng. Trong quá trình ép đùn nguội, kim loại ở trạng thái nguội, khả năng chống biến dạng cao nhưng cấu trúc hạt bên trong ổn định dẫn đến biến dạng tương đối đồng đều trên các bộ phận khác nhau. Trong quá trình ép đùn nóng, kim loại ở nhiệt độ cao, khả năng chống biến dạng giảm, nhưng sự phân bố nhiệt độ không đồng đều dễ dẫn đến dòng chảy không đều.

 

Đùn được bôi trơn tốt hơn so với ép đùn không được bôi trơn. Chất bôi trơn tạo thành màng bôi trơn giữa kim loại và khuôn, làm giảm ma sát và lực cản, giúp dòng kim loại đồng đều hơn. Do đó, phương pháp ép đùn chủ yếu ảnh hưởng đến dòng chảy kim loại bằng cách thay đổi điều kiện ma sát.

 

Tốc độ đùn

Việc tăng tốc độ đùn làm trầm trọng thêm sự không đồng đều của dòng chảy kim loại. Điều này là do tốc độ quá cao ngăn cản kim loại biến dạng hoàn toàn và điều phối dòng chảy của nó, dẫn đến sự phân bổ ứng suất bên trong không đồng đều. Ví dụ: trong quá trình ép đùn tốc độ cao, kim loại gần thành trong của xi lanh ép đùn chảy chậm do ma sát cao, trong khi kim loại ở trung tâm chảy nhanh, tạo ra sự khác biệt đáng kể.

 

Nhiệt độ đùn

Là yếu tố chính, nhiệt độ ép đùn tăng làm giảm khả năng chống biến dạng của phôi nhưng làm trầm trọng thêm dòng kim loại không đều. Nếu xi lanh ép đùn và khuôn được làm nóng quá thấp, chênh lệch nhiệt độ giữa lớp bên ngoài và lớp bên trong sẽ tăng lên, làm cho dòng chảy không đều trở nên tồi tệ hơn. Do độ dẻo và độ bền của kim loại khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau, nên các khu vực có nhiệt độ-cao thể hiện độ dẻo tốt hơn và dòng chảy nhanh hơn, trong khi các khu vực có nhiệt độ-thấp lại thể hiện điều ngược lại. Hơn nữa, độ dẫn nhiệt của kim loại càng tốt thì sự phân bố nhiệt độ trên mặt cuối của phôi càng đồng đều, dẫn đến dòng kim loại đồng đều hơn.

 

Sức mạnh kim loại

Trong cùng điều kiện, độ bền kim loại cao hơn dẫn đến dòng chảy đồng đều hơn. Kim loại có độ bền-cao có liên kết thớ bên trong chắc chắn, truyền ứng suất tốt hơn và cho phép biến dạng phối hợp giữa các bộ phận khác nhau; kim loại có độ bền-thấp, do liên kết hạt yếu nên dễ bị biến dạng không đồng đều cục bộ.

 

Góc chết

Góc khuôn (góc giữa mặt cuối khuôn và trục trung tâm) có tác động đáng kể đến khả năng chảy của kim loại. Góc khuôn lớn hơn dẫn đến dòng kim loại không đều hơn. Điều này là do góc khuôn lớn gây ra sự phân bổ điện trở không đồng đều khi kim loại đi qua khuôn; kim loại gần thành trong của khuôn chịu lực cản lớn hơn và chảy chậm hơn, trong khi phần trung tâm thì ngược lại. Tuy nhiên, khi sử dụng khuôn nhiều-lỗ để ép đùn, nếu các lỗ khuôn được bố trí hợp lý thì dòng kim loại trong mỗi lỗ có thể trở nên đồng đều hơn, cải thiện dòng chảy tổng thể.

 

Mức độ biến dạng

Cả mức độ biến dạng quá mức và không đủ đều dẫn đến dòng chảy kim loại không đều. Nếu mức độ biến dạng quá nhỏ, ứng suất bên trong của kim loại thấp, không đủ để thúc đẩy dòng chảy đủ, dễ dẫn đến các khu vực cục bộ không bị biến dạng hoặc biến dạng không đủ. Nếu mức độ biến dạng quá lớn, ứng suất bên trong quá cao, dẫn đến các khuyết tật như vết nứt trên kim loại. Ngoài ra, kim loại ở gần vùng biến dạng sẽ chảy nhanh hơn ở vùng xa hơn.