تجزیه و تحلیل اکستروژن تیتانیوم: عوامل کلیدی موثر بر جریان فلز

اکستروژن داغ نقش مهمی درمواد تیتانیومپردازش با این حال، خواص فیزیکوشیمیایی منحصر به فرد تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم این فرآیند را بسیار پیچیده تر از آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهای مس یا حتی فولاد می کند. یکنواختی جریان فلز به طور مستقیم بر کیفیت محصولات اکسترود شده تأثیر می گذارد. امروز، ما به عوامل کلیدی موثر بر جریان فلز در طول اکستروژن مواد تیتانیوم خواهیم پرداخت.

 

 

چالش های ناشی از ویژگی های ذاتی تیتانیوم

 

میله‌های تیتانیوم و بیلت‌های آلیاژ تیتانیوم دارای رسانایی حرارتی پایینی هستند، ویژگی که چالش‌های مهمی را در طول اکستروژن داغ ایجاد می‌کند. هنگامی که دمای بشکه اکستروژن به 400 درجه سانتیگراد می رسد، اختلاف دما بین لایه های سطحی و داخلی بیلت می تواند به 200-250 درجه سانتیگراد برسد. همراه با اثر تقویت جذب گاز، فلز بر روی سطح و در مرکز بیلت تفاوت های قابل توجهی در استحکام و انعطاف پذیری از خود نشان می دهد که منجر به تغییر شکل بسیار ناهموار در طول اکستروژن می شود. این منجر به تنش کششی اضافی قابل توجهی بر روی لایه سطحی می شود که علت اصلی ترک و شکاف روی سطح محصولات اکسترود شده است.

 

علاوه بر این، مواد تیتانیوم، در 980 درجه و 1030 درجه، یک یوتکتیک قابل ذوب با مواد قالب آلیاژی مبتنی بر آهن-یا نیکل{3}} تشکیل می‌دهند و باعث سایش شدید قالب می‌شوند. بنابراین، روان کننده ها در حال حاضر برای اکستروژن میله های آلیاژ تیتانیوم مورد نیاز هستند.

 

عوامل اصلی موثر بر جریان فلز

 

روش اکستروژن

روش های مختلف اکستروژن به طور قابل توجهی بر یکنواختی جریان فلز تأثیر می گذارد:

اکستروژن معکوس نسبت به اکستروژن رو به جلو برتری دارد زیرا جهت و درجه اصطکاک بین فلز و سیلندر اکستروژن را تغییر می‌دهد و مقاومت اصطکاکی در برابر جریان فلز را کاهش می‌دهد و جریان روان‌تر را امکان‌پذیر می‌کند.

اکستروژن سرد منجر به جریان یکنواخت‌تر فلز نسبت به اکستروژن گرم می‌شود. در طول اکستروژن سرد، فلز در حالت سرد است، با مقاومت در برابر تغییر شکل بالا اما ساختار دانه داخلی پایدار، که منجر به تغییر شکل نسبتا یکنواخت در بخش‌های مختلف می‌شود. در طول اکستروژن داغ، فلز در دمای بالا قرار دارد و مقاومت تغییر شکل را کاهش می‌دهد، اما توزیع نامناسب دما می‌تواند به راحتی منجر به جریان ناهموار شود.

 

اکستروژن روغن کاری شده بهتر از اکستروژن بدون روغن است. روان کننده یک فیلم روان کننده بین فلز و قالب تشکیل می دهد که اصطکاک و مقاومت را کاهش می دهد و در نتیجه جریان فلز یکنواخت تر می شود. بنابراین، روش اکستروژن در درجه اول بر جریان فلز با تغییر شرایط اصطکاک تأثیر می گذارد.

 

سرعت اکستروژن

افزایش سرعت اکستروژن باعث تشدید ناهمواری جریان فلز می شود. این به این دلیل است که سرعت زیاد از تغییر شکل کامل فلز و هماهنگی جریان آن جلوگیری می کند که منجر به توزیع ناهموار تنش داخلی می شود. برای مثال، در هنگام اکستروژن با سرعت بالا، فلز نزدیک دیواره داخلی سیلندر اکستروژن به دلیل اصطکاک زیاد به کندی جریان می‌یابد، در حالی که فلز در مرکز به سرعت جریان می‌یابد و تفاوت قابل‌توجهی ایجاد می‌کند.

 

دمای اکستروژن

به عنوان یک عامل کلیدی، افزایش دمای اکستروژن مقاومت در برابر تغییر شکل بیلت را کاهش می دهد اما جریان ناهموار فلز را تشدید می کند. اگر سیلندر اکستروژن و قالب خیلی کم گرم شوند، اختلاف دما بین لایه های بیرونی و داخلی افزایش می یابد و جریان ناهموار را بدتر می کند. از آنجایی که انعطاف پذیری و استحکام فلز در دماهای مختلف متفاوت است، مناطق با دمای{2}بالا انعطاف پذیری بهتر و جریان سریع تری از خود نشان می دهند، در حالی که مناطق با دمای پایین-عکس آن را نشان می دهند. علاوه بر این، هرچه رسانایی حرارتی فلز بهتر باشد، توزیع دما در سطح انتهایی بیلت یکنواخت تر می شود و در نتیجه جریان فلز یکنواخت تر می شود.

 

استحکام فلز

در شرایط مشابه، استحکام فلز بالاتر منجر به جریان یکنواخت تر می شود. فلزات با استحکام بالا دارای پیوند داخلی قوی هستند، تنش را بهتر منتقل می‌کنند و تغییر شکل هماهنگ را در قسمت‌های مختلف ممکن می‌سازند. فلزات کم-استحکام، به دلیل پیوند ضعیف دانه، مستعد تغییر شکل ناهموار موضعی هستند.

 

زاویه مرگ

زاویه قالب (زاویه بین صفحه انتهایی قالب و محور مرکزی) تأثیر قابل توجهی بر جریان پذیری فلز دارد. زاویه قالب بزرگتر منجر به جریان ناهموار فلز می شود. این به این دلیل است که یک زاویه قالب بزرگ باعث توزیع نابرابر مقاومت در هنگام عبور فلز از درون قالب می شود. فلز نزدیک دیواره داخلی قالب مقاومت بیشتری را تجربه می کند و کندتر جریان می یابد، در حالی که مرکز عکس آن را تجربه می کند. با این حال، هنگام استفاده از قالب چند سوراخ برای اکستروژن، اگر سوراخ های قالب به طور معقولی چیده شوند، جریان فلز در هر سوراخ می تواند یکنواخت تر شود و جریان کلی را بهبود بخشد.

 

درجه تغییر شکل

درجه تغییر شکل بیش از حد و ناکافی منجر به جریان ناهموار فلز می شود. اگر درجه تغییر شکل خیلی کوچک باشد، تنش داخلی فلز کم است، برای ایجاد جریان کافی کافی نیست، به راحتی منجر به ایجاد مناطق محلی بدون تغییر شکل یا تغییر شکل ناکافی می شود. اگر درجه تغییر شکل خیلی زیاد باشد، تنش داخلی بسیار زیاد است و منجر به نقص هایی مانند ترک در فلز می شود. علاوه بر این، فلز نزدیک ناحیه تغییر شکل سریعتر از آن دورتر جریان می یابد.