Cum se controlează oxidarea suprafeței pieselor forjate din aliaj de titan?

Titanul este foarte ușor de oxidat în timpul forjarii la cald, formând un strat de fragilizare care provoacă crăpare și dificultăți de procesare. Acest lucru reduce semnificativ performanța pieselor forjate. Procesele eficiente de prevenire a oxidării sunt esențiale pentru îmbunătățirea fiabilității și economieiforjate din aliaj de titan.

 

(I) Mecanismul de formare a stratului de oxid

Suprafața reacționează cu oxigenul din cuptor pentru a forma o peliculă de oxid cu trei-straturi în timpul forjarii la cald.

Filmul de oxid cu trei-straturi: un strat exterior liber de TiO₂, un strat mijlociu de TiO-Ti₃O fază mixtă și un strat de fragilizare de fază {-imbogățit cu oxigen-interior.

Faza -este factorul cheie care determină defectarea forjarii, iar grosimea acesteia crește exponențial odată cu creșterea temperaturii.

 

(II) Factori cheie de influență
Temperatură și timp: rata de oxidare crește cu 30% pentru fiecare creștere de 100 de grade a temperaturii

Tip aliaj: -aliajele de titan suferă o oxidare semnificativă la 600 de grade , în timp ce -aliajele de titan formează un strat de oxid evident doar la temperaturi peste 980 de grade .

Atmosferă Mediu: Concentrația de oxigen din cuptor determină viteza de oxidare. Protecția cu azot poate reduce rata, iar protecția cu gaz inert oferă rezultate mai bune.

 

Piese forjate de titan în Ruihang

 

(I) Tehnologia de protecție a atmosferei
Protecție împotriva gazelor inerte: introduceți continuu-argon sau heliu cu puritate ridicată (puritate mai mare sau egală cu 99,99%), reducând rata de oxidare cu peste 60%. Mitsubishi Electric folosește protecție cu argon pentru a stabiliza grosimea stratului de oxid la 0,1-0,3 mm, cu o rată de calificare de 98%.

Controlul mediului în vid: un grad de vid mai mare sau egal cu 10⁻³Pa poate izola complet oxigenul, potrivit pentru componente cheie de-înaltă precizie, dar costul echipamentului este relativ mare.

Încălzirea materialului liber: încălzirea medie granulară permite o eficiență mai mare a transferului de căldură, scurtând timpul de expunere la temperatură înaltă-și inhibând oxidarea de la sursă.

 

(II) Optimizarea parametrilor de proces
Controlul temperaturii în etape: controlați temperatura de încălzire la 20-50 de grade sub temperatura -transus pentru a reduce îngroșarea stratului de oxid.

Gestionare precisă a timpului: optimizați traseul de deformare prin simulare numerică pentru a scurta timpul de rezidență ineficient în zona de-temperatura ridicată.

Strategie de răcire: adoptați răcirea în etape pentru a evita oxidarea după-forjare la temperatură ridicată- și pentru a reduce riscul de spalare a stratului de oxid.

 

(III) Protecția împotriva modificării suprafeței

 

Tip de proces	Parametrii tehnici	Avantajele de bază	Scenarii de aplicare
Tratament pre-oxidare	Formați o peliculă densă de oxid la 300-400 de grade	Rata de creștere în greutate prin oxidare redusă cu 20% la 500 de grade	Componente de serviciu la temperatură medie-
Oxidare anodica	Tensiune 20-60V, electrolit H₂SO₄	Rezistența la coroziune a crescut cu 50%, grosimea filmului 10-30μm	Implanturi medicale, componente electronice
Oxidare cu micro-arc (MAO)	Electroliză de înaltă tensiune la 300-600V, strat compozit TiO₂/Al₂O₃	Rezistență la temperatură > 500 de grade, rezistență la uzură și cavitație	Pale-motor aero, supape marine
B+(B-Al) Difuziune compozită	Înglobare de pulbere solidă, tratament izotermic la 800 de grade	Rata de creștere în greutate de oxidare redusă cu 83,5%, duritate 1800HV	Componente Gr5 în condiții de lucru la-înaltă temperatură

 

Notă: Tehnologia de difuzie compozită B+(B{-Al) adoptă un mecanism sinergic de barieră a stratului exterior TiB₂ + autoprotecția stratului interior Al₃Ti, rezultând o creștere în greutate de numai 7,24 g/m² pentru aliajul Gr5 după oxidare la 800 de grade timp de 100 de ore.

 

(IV) Sistem de protecție compozit
Procesul combinat de „pre-oxidare + acoperire cu email de sticlă + protecție cu argon” poate îmbunătăți simultan calitatea suprafeței și plasticitatea. Experimentele arată că piesele forjate din aliaj de titan BT3-1 tratate cu această combinație au o suprafață netedă, fără defecte de solzi de pește, iar eficiența de curățare ulterioară este crescută cu 40%.

 

(I) Metode de detectare a stratului de oxid
Analiză microscopică: Observați structura stratului de oxid utilizând microscopia electronică cu scanare (SEM) cu o precizie de măsurare a grosimii de 0,1 μm;

Detectarea compoziției: Utilizați analiza spectrală pentru a determina gradul de contaminare cu azot și hidrogen, evitând riscurile de fragilizare;

Evaluarea performanței: Testați stabilitatea filmului de oxid utilizând Spectroscopie de impedanță electrochimică (EIS), potrivită pentru implanturi medicale.

(II) Procese de curățare a stratului de oxid
Curățare mecanică: sablare poate îndepărta 0,13-0,76 mm de sol de oxid, necesitând o rată de acoperire mai mare sau egală cu 200% pentru a evita deteriorarea substratului;

Decaparea chimică: o soluție mixtă de acid azotic și acid fluorhidric îndepărtează -stratul de carcasă cu o viteză de curățare de 0,03 mm/min, îndepărtând 0,25-0,38 mm din stratul de suprafață într-un singur tratament;

Tehnologii de reparații: placarea cu laser repară defectele de pisaj la un cost de doar 25% din piesele noi; Acoperirea PVD repara spalarea acoperirii, cu aderenta care indeplineste standardele ASTM D3359.

 

(I) Câmpul aerospațial
Componente: Pale compresor motor din aliaj de titan Gr5, tren de aterizare;

Proces: strat ceramic MAO + shot peening, încălzire la un grad de vid de 10⁻³Pa;

Efect: Grosimea stratului de oxid mai mică sau egală cu 0,2 mm, rezistența la oboseală crescută cu 30%, integritatea stratului de acoperire inspectată la fiecare 500 de ore de zbor.

 

(II) Domeniul medical
Componente: Articulații artificiale, plăci osoase;
Proces: Electrolustruire+ oxidare anodica;
Efect: Biocompatibilitatea îndeplinește standardele, rata de retenție a impedanței filmului de oxid > 80% la 2 ani după operație.

 

(III) Domeniul Industriei Chimice

Componente: palete agitator reactor, flanse;
Proces: pasivizare chimică + acoperire PTFE;
Efect: Rezistența la coroziune îmbunătățită, rata anuală de coroziune Mai mică sau egală cu 0,1 mm.

 

Ruihang este specializată în cercetare și dezvoltare, producția și vânzarea de produse de-titan și aliaje de titan de înaltă calitate, inclusiv piese forjate, țevi, inele, bare, plăci și alte produse din titan etc. Pentru mai multe detalii, vă rugăm să ne contactați prin e-mail:Sam.Rui@bjrh-titanium.com