ورق تیتانیوم

فرآیند نورد صفحه تیتانیوم شامل چه مراحلی است (مانند نورد اولیه، نورد گرم، نورد سرد و غیره)؟ چه نوع آسیاب نورد استفاده می شود؟ چگونه می توان دمای نورد و کاهش را کنترل کرد تا از ریزساختار و عملکرد یکنواخت صفحه اطمینان حاصل شود؟

نورد تیتانیوم و صفحات آلیاژ تیتانیوم فرآیند پیچیده ای است که علم مواد، کنترل مکانیکی و بهینه سازی فرآیند را ادغام می کند. جریان فرآیند آن را می توان به سه مرحله اصلی تقسیم کرد: نورد اولیه، نورد گرم و نورد سرد. هر مرحله مربوط به تجهیزات خاص آسیاب نورد و پارامترهای فرآیند است.
(1) مرحله نورد اولیه
در نورد اولیه معمولا از یک آسیاب نورد برگشت پذیر دو رول استفاده می شود. وظیفه اصلی آن شکستن ساختار کریستالی ستونی شمش آلیاژ تیتانیوم و دستیابی به تغییر شکل پلاستیک اولیه است. در این مرحله، دمای گرمایش شمش باید به شدت کنترل شود (معمولاً 30-50 درجه بالاتر از منطقه فاز β)، و عیوب ریخته‌گری باید از طریق عبورهای متعدد نورد تغییر شکل کوچک (کاهش در هر پاس ≤15٪) برطرف شود. Changzhou Bokang Special Material Technology Co., Ltd. با بهینه سازی فرآیند همگن سازی شمش و ترکیب شبیه سازی عددی برای پیش بینی مقاومت تغییر شکل، به طور قابل توجهی یکنواختی ریزساختار مرحله نورد اولیه را بهبود بخشیده است.
(2) مرحله نورد گرم
نورد گرم از یک آسیاب نورد برگشت ناپذیر چهار رول یا یک آسیاب نورد جهانی برای انجام پردازش تغییر شکل بزرگ در ناحیه دو فاز α β استفاده می کند. در این مرحله، دانه ها با تبلور مجدد دینامیکی تصفیه می شوند و دمای نورد نهایی (معمولاً کمتر از 850 درجه سانتیگراد) باید کنترل شود تا از انعطاف پذیری مواد اطمینان حاصل شود. یک کوره گرمایش جعبه ای همراه با یک سیستم جبران حرارت القایی برای دستیابی به دقت دمایی ± 10 درجه سانتیگراد استفاده می شود. توزیع کاهش پاس نورد گرم از اصل "هرمی" پیروی می کند، یعنی در چند پاس اول از کاهش 20-25٪ استفاده می شود، و پاس های بعدی به تدریج به 35-40٪ افزایش می یابد، همراه با یک فرآیند خنک کننده آب سریع بین پاس ها برای جلوگیری از رشد بیش از حد دانه ها.
(3) مرحله نورد سرد
نورد سرد بر روی یک آسیاب نورد سرد چهار رول یا شش رول انجام می شود که عمدتاً برای بهبود کیفیت سطح و دقت ابعاد صفحه انجام می شود. لازم است از چند پاس نورد تغییر شکل کوچک (کاهش یک پاس ≤10٪) همراه با یک فرآیند بازپخت میانی استفاده شود و تغییر شکل تجمعی می تواند به بیش از 80٪ برسد. Changzhou Bokang با معرفی فناوری کراس غلتکی دقت کنترل شکل صفحه را به ± 5μm افزایش داده است. زبری سطح صفحات تیتانیوم درجه پزشکی که تولید می کند Ra≤0.2μm است که به سطح بین المللی پیشرو می رسد.
انتخاب تجهیزات نورد تیتانیوم به طور مستقیم بر کیفیت صفحه نهایی تأثیر می گذارد و باید با توجه به ویژگی های مواد طراحی شود:
(1) انتخاب نوع آسیاب نورد
آسیاب نورد اولیه: از یک آسیاب نورد برگشت پذیر دو رول بسته استفاده می شود که مجهز به سیستم هیدرولیک AGC (کنترل ضخامت خودکار) است و نسبت قطر رول بین 1.8-2.2 برای بهینه سازی شرایط نیش کنترل می شود.
نورد گرم: از آسیاب نورد غیرقابل برگشت چهار رول استفاده می شود، با قطر رول کاری 350-400 میلی متر و قطر رول پشتیبان 1400-1600 میلی متر، مجهز به سیستم رول خمشی و دستگاه رول شیفت، و دقت کنترل شکل صفحه به 15±I می رسد.
آسیاب نورد سرد: از آسیاب نورد شش رول سیستم ترکیبی UC/VC استفاده می شود، حرکت حرکتی محوری رول میانی 150 ± میلی متر است و برای دستیابی به کنترل حلقه بسته از سرعت سنج لیزری و ضخامت سنج استفاده می شود.
(2) بهینه سازی مواد سیستم رول
رول کار از آلیاژ مبتنی بر آهن با کروم بالا (Cr12MoV) ساخته شده است و سطح با یک پوشش کامپوزیت CrN/Al2O3 با سختی بیش از HV1200 پاشیده می شود که به طور موثر در برابر چسبندگی تیتانیوم مقاومت می کند. غلتک پشتیبانی از فناوری ریخته گری گریز از مرکز چدن سرد بی نهایت استفاده می کند و اختلاف گرادیان سختی سطح غلتک در HS15 کنترل می شود تا از ثبات شکل غلتک اطمینان حاصل شود.
کنترل دقیق دما و تغییر شکل کلید تضمین یکنواختی ساختار و عملکرد صفحه تیتانیوم است و یک مدل کنترل کوپلینگ چند پارامتری باید ایجاد شود.
(1) سیستم کنترل دما
فرآیند گرمایش: یک سیستم گرمایش سه مرحله ای اتخاذ می شود (بخش پیش گرمایش 600-700 ℃ / بخش عایق 850-950 ℃ / بخش گرمایش 900-980 ℃)، و یک دماسنج مادون قرمز برای دستیابی به نظارت بر دما در زمان واقعی استفاده می شود.
کنترل دمای فرآیند نورد: در مرحله نهایی نورد، از یک سیستم اسپری غلتکی (دقت کنترل حجم آب ± 0.5 لیتر در دقیقه) استفاده می شود و یک سیستم جبران حرارت مقاومتی برای کنترل نوسان دمای قطعه نورد شده در 20 ± ℃ استفاده می شود.
مدیریت دمای نورد نهایی: توزیع میدان دما از طریق شبیه‌سازی المان محدود پیش‌بینی می‌شود و یک مدل زمان انتظار دما بین پاس‌ها برای اطمینان از دمای قطعه نورد ایجاد می‌شود. اطمینان حاصل کنید که دمای نورد نهایی کمتر از 50 درجه سانتیگراد زیر نقطه تبدیل فاز نباشد
(2) الگوریتم برای بهینه سازی کاهش
توزیع کاهش چند پاس: بر اساس مدل سخت کاری مواد، یک الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی توزیع کاهش در هر پاس استفاده می شود تا اطمینان حاصل شود که تغییر شکل هر پاس "پارابولیک" است.
تنظیم کاهش دینامیکی: نیروی غلتشی در زمان واقعی توسط یک فشارسنج کنترل می شود و الگوریتم کنترل فازی PID برای تنظیم خودکار کاهش برای جبران جهش شکاف رول (دقت جبران ± 0.02 میلی متر) استفاده می شود.
کنترل تغییر شکل محدود: یک معیار کاهش بحرانی (ε_c=0.6σ_s/K) ایجاد کنید، که در آن K ضریب سخت شدن پردازش مواد است، اطمینان حاصل کنید که کاهش تک گذر از 85٪ از مقدار بحرانی تجاوز نمی کند.
(3) اقدامات برای اطمینان از یکنواختی ساختار
کنترل اندازه دانه: کسر حجمی تبلور مجدد دینامیکی را از طریق پارامتر Z (Z=ε·exp(Q/RT)) کنترل کنید، و مقدار Z را بین 10-15 نگه دارید تا دانه های هم محور یکنواخت را بدست آورید.
بهینه سازی بافت: از فرآیند نورد متقاطع (چرخش صفحه 45 درجه در هر گذر)، همراه با فناوری نورد ناهمزمان (تفاوت در سرعت خط بین غلتک های بالایی و پایینی 10-15٪ است) استفاده کنید تا به طور موثر بافت سطح پایه را تضعیف کند.
کنترل تنش پسماند: از طریق فرآیند نورد متناوب تنش کششی-فشاری، همراه با درمان تنش‌سازی در حین بازپخت، تنش پسماند را در محدوده ±20MPa کنترل می‌کند.
فرآیند نورد صفحه تیتانیوم مستلزم ایجاد یک شبکه کنترل کیفیت کامل فرآیند است. Changzhou Bokang گواهینامه سیستم ISO9001/ISO13485 را گذرانده و یک سیستم کنترل کیفیت سه سطحی "بازرسی مواد خام - نظارت بر فرآیند - تست محصول نهایی" ساخته است:
تشخیص آنلاین: مجهز به شکل سنج صفحه، ضخامت سنج، آشکارساز سطح، برای دستیابی به کنترل آنلاین تحمل ضخامت ± 0.02 میلی متر و تحمل شکل صفحه ± 8I
تشخیص سازمان: فناوری EBSD برای تجزیه و تحلیل جهت گیری دانه ها استفاده می شود تا اطمینان حاصل شود که اندازه دانه ASTM Grade 8 دارای نسبت خوب 90٪ ≥
بررسی عملکرد: خواص مکانیکی توسط تست کششی، تست ضربه و تست خوردگی تایید می شود. استحکام کششی صفحه تیتانیوم درجه پزشکی ≥850MPa و ازدیاد طول آن ≥18٪ است که مطابق با استاندارد ASTM F136 است.
تست غیر مخرب: فناوری آرایه فازی اولتراسونیک برای تشخیص عیوب داخلی استفاده می‌شود تا از نرخ عبور تشخیص عیب 100% اطمینان حاصل شود.
در حال حاضر، فناوری نورد صفحه تیتانیوم سه روند توسعه اصلی را نشان می دهد:
نورد هوشمند: یک مدل نورد مجازی از طریق فناوری دوقلو دیجیتال برای دستیابی به بهینه سازی آنلاین پارامترهای فرآیند ایجاد می شود.
فناوری شکل‌دهی نزدیک به شبکه: فناوری نورد پیوسته ورق تیتانیوم فوق‌العاده نازک را برای دستیابی به تولید مداوم صفحات فوق نازک 0.016 اینچی توسعه دهید.
فناوری ساخت سبز: فناوری نورد الکتروپلاستیک (EPR) برای کاهش دمای نورد به میزان 30-50 درجه سانتی گراد و کاهش مصرف انرژی استفاده می شود.