Hur kontrollerar man ytoxidation av titanlegeringssmide?

Titan är mycket lätt att oxidera under varmsmidning och bildar ett sprödskikt som orsakar sprickbildning och bearbetningssvårigheter. Det minskar avsevärt prestandan hos smide. Effektiva oxidationsförebyggande processer är avgörande för att förbättra tillförlitligheten och ekonomin hossmide av titanlegering.

 

(I) Bildningsmekanism för oxidskikt

Ytan reagerar med syre i ugnen för att bilda en tre-skiktsoxidfilm under varmsmidningen.

Den tre-skiktiga oxidfilmen: ett löst yttre skikt av TiO₂, ett mellanskikt av TiO-Ti₃O blandad fas och ett inre syreberikat -fasförsprödningsskikt.

-Fasen är nyckelfaktorn som avgör smidesfel, och dess tjocklek ökar exponentiellt med temperaturökning.

 

(II) Viktiga påverkande faktorer
Temperatur och tid: Oxidationshastigheten ökar med 30 % för varje 100 graders temperaturhöjning

Legeringstyp: -titaniumlegeringar genomgår betydande oxidation vid 600 grader, medan -titaniumlegeringar endast bildar ett tydligt oxidskikt vid temperaturer över 980 grader.

Atmosfärsmiljö: Syrekoncentrationen i ugnen bestämmer oxidationshastigheten. Kväveskydd kan minska hastigheten och skydd mot inertgas ger bättre resultat.

 

Titansmide i Ruihang

 

(I) Atmosfärsskyddsteknik
Inert Gas Protection: Inför kontinuerligt argon eller helium med hög-renhet (renhet Större än eller lika med 99,99 %), vilket minskar oxidationshastigheten med över 60 %. Mitsubishi Electric använder argonskydd för att stabilisera oxidskiktets tjocklek på 0,1-0,3 mm, med en kvalificeringsgrad på 98 %.

Vakuummiljökontroll: En vakuumgrad som är större än eller lika med 10⁻³Pa kan helt isolera syre, lämpligt för nyckelkomponenter med hög-precision, men utrustningskostnaden är relativt hög.

Uppvärmning av löst material: Granulär medelvärme möjliggör högre värmeöverföringseffektivitet, förkortar exponeringstiden för hög-temperatur och förhindrar oxidation från källan.

 

(II) Processparameteroptimering
Stegtemperaturkontroll: Kontrollera uppvärmningstemperaturen till 20-50 grader under -transus-temperaturen för att minska oxidskiktets förtjockning.

Exakt tidshantering: Optimera deformationsvägen genom numerisk simulering för att förkorta den ineffektiva uppehållstiden i zonen med hög- temperatur.

Kylningsstrategi: Använd stegvis kylning för att undvika efter-smidning av hög-temperaturoxidation och minska risken för att oxidskiktet spallar.

 

(III) Ytmodifieringsskydd

 

Processtyp	Tekniska parametrar	Kärnfördelar	Applikationsscenarier
För-oxidationsbehandling	Bilda en tät oxidfilm vid 300-400 grader	Oxidationens viktökningshastighet reducerad med 20 % vid 500 grader	Servicekomponenter för medel-temperatur
Anodisk oxidation	Spänning 20-60V, H₂SO4-elektrolyt	Korrosionsbeständigheten ökade med 50%, filmtjocklek 10-30μm	Medicinska implantat, elektroniska komponenter
Mikro-bågeoxidation (MAO)	Hög-elektrolys vid 300-600V, sammansatt TiO₂/Al₂O3-skikt	Temperaturbeständighet ＞500 grader, slitage- och kavitationsbeständighet	Aero-motorblad, marina ventiler
B+(B-Al) Kompositdiffusion	Fast pulverinbäddning, isotermisk behandling vid 800 grader	Oxidationsviktsökning reducerad med 83,5 %, hårdhet 1800HV	Gr5-komponenter under arbetsförhållanden med hög-temperatur

 

Obs: B+(B-Al)-kompositdiffusionsteknologin använder en synergistisk mekanism av TiB₂ yttre skiktbarriär + Al₃Ti inre skikts själv-skydd, vilket resulterar i en viktökning på endast 7,24 g/m² för Gr5-legering efter oxidation vid 800 grader i 100 timmar.

 

(IV) Kompositskyddssystem
Den kombinerade processen med "för-oxidation + glasemaljbeläggning + argonskydd" kan samtidigt förbättra ytkvaliteten och plasticiteten. Experiment visar att BT3-1 titanlegeringssmide som behandlats med denna kombination har en slät yta utan fiskfjälldefekter, och den efterföljande rengöringseffektiviteten ökar med 40 %.

 

(I) Oxidlagerdetektionsmetoder
Mikroskopisk analys: Observera oxidskiktets struktur med hjälp av svepelektronmikroskopi (SEM) med en tjockleksmätnoggrannhet på 0,1 μm;

Sammansättningsdetektering: Använd spektralanalys för att bestämma graden av kväve- och vätekontamination, för att undvika sprödhetsrisker;

Prestandautvärdering: Testa stabiliteten hos oxidfilmen med elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS), lämplig för medicinska implantat.

(II) Rengöringsprocesser för oxidskikt
Mekanisk rengöring: Sandblästring kan ta bort 0,13-0,76 mm av oxidskala, vilket kräver en täckningsgrad på större än eller lika med 200 % för att undvika skador på underlaget;

Kemisk betning: En blandad lösning av salpetersyra och fluorvätesyra tar bort -höljesskiktet med en rengöringshastighet på 0,03 mm/min och tar bort 0,25-0,38 mm av ytskiktet i en enda behandling;

Reparationsteknik: Laserbeklädnad reparerar gropskador till en kostnad av endast 25 % av nya delar; PVD-omlackering reparerar beläggningsavstötning, med vidhäftning som uppfyller ASTM D3359-standarderna.

 

(I) Aerospace Field
Komponenter: Gr5-motorkompressorblad i titanlegering, landningsställ;

Process: MAO keramiskt lager + kulblästring, uppvärmning vid en vakuumgrad av 10⁻³Pa;

Effekt: Oxidskiktets tjocklek Mindre än eller lika med 0,2 mm, utmattningsmotståndet ökat med 30 %, beläggningens integritet inspekteras var 500:e flygtimme.

 

(II) Medicinskt område
Komponenter: Konstgjorda leder, benplattor;
Process: Elektropolering+ anodisk oxidation;
Effekt: Biokompatibilitet uppfyller standarder, oxidfilmimpedansretentionsgrad ＞80 % 2 år efter operationen.

 

(III) Kemisk industriområde

Komponenter: Reaktoromrörarskovlar, flänsar;
Process: Kemisk passivering + PTFE-beläggning;
Effekt: Korrosionsbeständigheten förbättrad, årlig korrosionshastighet Mindre än eller lika med 0,1 mm.

 

Ruihang är specialiserat på FoU, produktion och försäljning av högkvalitativa-titan- och titanlegeringsprodukter, inklusive smide, rör, ringar, stänger, plattor och andra titanprodukter etc. Kontakta oss via e-post för mer information:Sam.Rui@bjrh-titanium.com