Analyse af titaniumekstrudering: nøglefaktorer, der påvirker metalflow

Varmekstrudering spiller en afgørende rolle ititanium materialeforarbejdning. Imidlertid gør de unikke fysisk-kemiske egenskaber af titanium og titanlegeringer denne proces langt mere kompleks end den for aluminiumslegeringer, kobberlegeringer eller endda stål. Ensartetheden af ​​metalstrømmen påvirker direkte kvaliteten af ​​ekstruderede produkter. I dag vil vi dykke ned i de vigtigste faktorer, der påvirker metalflow under ekstrudering af titaniummateriale.

 

 

Udfordringerne som følge af Titaniums iboende egenskaber

 

Titanstænger og titanlegeringer har lav varmeledningsevne, en egenskab, der udgør betydelige udfordringer under varm ekstrudering. Når ekstruderingstøndens temperatur når 400 grader Celsius, kan temperaturforskellen mellem overfladen og de indre lag af billetten nå 200-250 grader Celsius. Sammen med effekten af ​​gasabsorptionsstyrkelse udviser metallet på overfladen og i midten af ​​billetten betydelige forskelle i styrke og plasticitet, hvilket resulterer i ekstremt ujævn deformation under ekstrudering. Dette fører til væsentlig yderligere trækspænding på overfladelaget, som er den grundlæggende årsag til revner og sprækker på overfladen af ​​ekstruderede produkter.

 

Desuden danner titaniummateriale, ved 980 grader og 1030 grader, et smeltbart eutektikum med jern-baserede eller nikkel-baserede legeringsmaterialer, hvilket forårsager alvorligt formslid. Derfor kræves der i øjeblikket smøremidler til ekstrudering af titanlegeringsstænger.

 

Kernefaktorer, der påvirker metalflow

 

Ekstrusionsmetode

Forskellige ekstruderingsmetoder påvirker markant ensartetheden af ​​metalstrømmen:

Omvendt ekstrudering er overlegen i forhold til fremadekstrudering, fordi den ændrer retningen og graden af ​​friktion mellem metallet og ekstruderingscylinderen, hvilket reducerer friktionsmodstanden mod metalstrømning og muliggør en jævnere strømning.

Kold ekstrudering resulterer i mere ensartet metalstrøm end varm ekstrudering. Under kold ekstrudering er metallet i en kold tilstand med høj deformationsmodstand, men en stabil indre kornstruktur, hvilket fører til relativt ensartet deformation på tværs af forskellige dele. Under varm ekstrudering har metallet en høj temperatur, hvilket reducerer deformationsmodstanden, men ujævn temperaturfordeling kan let føre til ujævn strømning.

 

Smurt ekstrudering er bedre end usmurt ekstrudering. Smøremidlet danner en smørende film mellem metallet og formen, hvilket reducerer friktion og modstand, hvilket resulterer i en mere ensartet metalstrøm. Derfor påvirker ekstruderingsmetoden primært metalstrømmen ved at ændre friktionsforholdene.

 

Ekstruderingshastighed

Forøgelse af ekstruderingshastigheden forværrer ujævnheden i metalstrømmen. Dette skyldes, at for høj hastighed forhindrer metallet i at deformere fuldstændigt og koordinere dets flow, hvilket fører til ujævn intern spændingsfordeling. For eksempel under høj-ekstrudering flyder metallet nær den indvendige væg af ekstruderingscylinderen langsomt på grund af høj friktion, mens metallet i midten flyder hurtigt, hvilket skaber en væsentlig forskel.

 

Ekstruderingstemperatur

Som en nøglefaktor reducerer øget ekstruderingstemperatur emnets deformationsmodstand, men forværrer ujævn metalstrøm. Hvis ekstruderingscylinderen og matricen opvarmes for lavt, øges temperaturforskellen mellem de ydre og indre lag, hvilket yderligere forværrer det ujævne flow. Fordi metallets plasticitet og styrke er forskellig ved forskellige temperaturer, udviser områder med høj-temperatur bedre plasticitet og hurtigere flow, mens områder med lav-temperatur viser det modsatte. Ydermere, jo bedre metallets varmeledningsevne er, jo mere ensartet er temperaturfordelingen på emnets endeflade, hvilket resulterer i mere ensartet metalflow.

 

Metal styrke

Under de samme forhold fører højere metalstyrke til mere ensartet flow. Metaller med høj-styrke har en stærk intern kornbinding, der overfører spændinger bedre og muliggør koordineret deformation på tværs af forskellige dele; metaller med lav-styrke, på grund af svag kornbinding, er tilbøjelige til lokal ujævn deformation.

 

Die vinkel

Matricevinklen (vinklen mellem matricens endeflade og den centrale akse) har en væsentlig indflydelse på metallets flydeevne. En større matricevinkel resulterer i mere ujævn metalflow. Dette skyldes, at en stor matricevinkel forårsager ujævn modstandsfordeling, når metallet passerer gennem matricen; metallet nær den indvendige væg af matricen oplever større modstand og flyder langsommere, mens midten oplever det modsatte. Men når du bruger en multi--hulsdyse til ekstrudering, kan metalstrømmen i hvert hul blive mere ensartet, hvis dysehullerne er arrangeret rimeligt, hvilket forbedrer den samlede strømning.

 

Deformationsgrad

Både for store og utilstrækkelige deformationsgrader fører til ujævn metalstrøm. Hvis deformationsgraden er for lille, er den indre spænding af metallet lav, utilstrækkelig til at fremme tilstrækkelig strømning, hvilket let resulterer i lokale områder uden deformation eller utilstrækkelig deformation. Hvis deformationsgraden er for stor, er den indre spænding for høj, hvilket fører til defekter såsom revner i metallet. Derudover flyder metallet nær deformationszonen hurtigere end det længere væk.