การวิเคราะห์การอัดขึ้นรูปไทเทเนียม: ปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อการไหลของโลหะ

การอัดขึ้นรูปร้อนมีบทบาทสำคัญในวัสดุไทเทเนียมกำลังประมวลผล. อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางเคมีกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์ของไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมทำให้กระบวนการนี้ซับซ้อนกว่าโลหะผสมอะลูมิเนียม โลหะผสมทองแดง หรือแม้แต่เหล็กมาก ความสม่ำเสมอของการไหลของโลหะส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่อัดขึ้นรูป วันนี้ เราจะเจาะลึกปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อการไหลของโลหะในระหว่างการอัดขึ้นรูปวัสดุไทเทเนียม

 

 

ความท้าทายที่เกิดจากคุณลักษณะโดยธรรมชาติของไทเทเนียม

 

แท่งไทเทเนียมและแท่งโลหะผสมไทเทเนียมมีค่าการนำความร้อนต่ำ ซึ่งเป็นคุณลักษณะที่ก่อให้เกิดความท้าทายที่สำคัญในระหว่างการอัดขึ้นรูปด้วยความร้อน เมื่ออุณหภูมิกระบอกอัดขึ้นรูปสูงถึง 400 องศาเซลเซียส ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวและชั้นในของบิลเล็ตจะสูงถึง 200-250 องศาเซลเซียส เมื่อประกอบกับผลของการเสริมความแข็งแรงในการดูดซับก๊าซ โลหะบนพื้นผิวและตรงกลางของบิลเล็ตก็แสดงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในด้านความแข็งแรงและความเป็นพลาสติก ส่งผลให้มีการเสียรูปไม่สม่ำเสมออย่างมากในระหว่างการอัดขึ้นรูป สิ่งนี้นำไปสู่ความเค้นดึงเพิ่มเติมอย่างมากบนชั้นพื้นผิว ซึ่งเป็นสาเหตุของการแตกร้าวและรอยแยกบนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ที่อัดขึ้นรูป

 

นอกจากนี้ วัสดุไทเทเนียมที่ 980 องศาและ 1,030 องศา จะก่อตัวเป็นยูเทคติกที่หลอมละลายได้กับวัสดุแม่พิมพ์โลหะผสมที่มีธาตุเหล็ก-หรือนิกเกิล- ทำให้เกิดการสึกหรอของแม่พิมพ์อย่างรุนแรง ดังนั้นในปัจจุบันจำเป็นต้องใช้สารหล่อลื่นสำหรับการอัดขึ้นรูปแท่งโลหะผสมไทเทเนียม

 

ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อการไหลของโลหะ

 

วิธีการอัดขึ้นรูป

วิธีการอัดรีดแบบต่างๆ มีผลอย่างมากต่อความสม่ำเสมอของการไหลของโลหะ:

การอัดขึ้นรูปแบบย้อนกลับจะดีกว่าการอัดขึ้นรูปไปข้างหน้าเนื่องจากจะเปลี่ยนทิศทางและระดับของแรงเสียดทานระหว่างโลหะและกระบอกอัดขึ้นรูป ช่วยลดความต้านทานแรงเสียดทานต่อการไหลของโลหะ และช่วยให้การไหลราบรื่นขึ้น

การอัดขึ้นรูปเย็นส่งผลให้โลหะไหลสม่ำเสมอมากกว่าการอัดขึ้นรูปร้อน ในระหว่างการอัดขึ้นรูปเย็น โลหะจะอยู่ในสถานะเย็น โดยมีความต้านทานการเสียรูปสูง แต่มีโครงสร้างเกรนภายในที่มั่นคง ทำให้เกิดการเสียรูปค่อนข้างสม่ำเสมอทั่วทั้งส่วนต่างๆ ในระหว่างการอัดขึ้นรูปร้อน โลหะจะอยู่ที่อุณหภูมิสูง ซึ่งช่วยลดความต้านทานการเสียรูป แต่การกระจายของอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมออาจทำให้เกิดการไหลที่ไม่สม่ำเสมอได้ง่าย

 

การอัดขึ้นรูปด้วยการหล่อลื่นดีกว่าการอัดขึ้นรูปที่ไม่มีการหล่อลื่น สารหล่อลื่นจะสร้างฟิล์มหล่อลื่นระหว่างโลหะกับแม่พิมพ์ ลดการเสียดสีและความต้านทาน ส่งผลให้โลหะไหลสม่ำเสมอมากขึ้น ดังนั้นวิธีการอัดขึ้นรูปจึงส่งผลต่อการไหลของโลหะเป็นหลักโดยการเปลี่ยนแปลงสภาวะแรงเสียดทาน

 

ความเร็วในการอัดรีด

การเพิ่มความเร็วการอัดรีดจะทำให้การไหลของโลหะไม่สม่ำเสมอรุนแรงขึ้น เนื่องจากความเร็วที่มากเกินไปจะป้องกันไม่ให้โลหะเสียรูปและประสานการไหลอย่างสมบูรณ์ ส่งผลให้การกระจายความเค้นภายในไม่สม่ำเสมอ ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการอัดขึ้นรูปด้วยความเร็วสูง- โลหะที่อยู่ใกล้กับผนังด้านในของกระบอกอัดขึ้นรูปจะไหลช้าๆ เนื่องจากมีแรงเสียดทานสูง ในขณะที่โลหะที่อยู่ตรงกลางจะไหลอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ

 

อุณหภูมิการอัดขึ้นรูป

ปัจจัยสำคัญคือ อุณหภูมิการอัดขึ้นรูปที่เพิ่มขึ้นจะช่วยลดความต้านทานการเสียรูปของแท่งเหล็ก แต่จะทำให้การไหลของโลหะไม่สม่ำเสมอรุนแรงขึ้น หากกระบอกอัดรีดและแม่พิมพ์ได้รับความร้อนต่ำเกินไป ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างชั้นนอกและชั้นในจะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้การไหลไม่สม่ำเสมอแย่ลงไปอีก เนื่องจากความเป็นพลาสติกและความแข็งแรงของโลหะจะแตกต่างกันที่อุณหภูมิต่างกัน พื้นที่ที่มีอุณหภูมิสูง-จะแสดงความเป็นพลาสติกได้ดีกว่าและไหลได้เร็วกว่า ในขณะที่พื้นที่ที่มีอุณหภูมิต่ำ-จะแสดงสิ่งที่ตรงกันข้าม นอกจากนี้ ยิ่งการนำความร้อนของโลหะดีขึ้น การกระจายอุณหภูมิที่ผิวหน้าส่วนปลายของบิลเล็ตก็จะยิ่งสม่ำเสมอมากขึ้น ส่งผลให้การไหลของโลหะสม่ำเสมอมากขึ้น

 

ความแข็งแรงของโลหะ

ภายใต้สภาวะเดียวกัน ความแข็งแรงของโลหะที่สูงขึ้นจะทำให้การไหลสม่ำเสมอมากขึ้น โลหะที่มีความแข็งแรงสูง-มีการยึดเหนี่ยวของเกรนภายในที่แข็งแกร่ง ถ่ายทอดความเครียดได้ดีขึ้น และทำให้เกิดการเสียรูปที่สอดคล้องกันระหว่างส่วนต่างๆ โลหะที่มีความแข็งแรงต่ำ-เนื่องจากการยึดเกาะของเกรนที่อ่อนแอ มีแนวโน้มที่จะเกิดการเสียรูปไม่สม่ำเสมอเฉพาะจุด

 

มุมตาย

มุมแม่พิมพ์ (มุมระหว่างส่วนหน้าของแม่พิมพ์และแกนกลาง) มีผลกระทบอย่างมากต่อความสามารถในการไหลของโลหะ มุมแม่พิมพ์ที่ใหญ่ขึ้นส่งผลให้การไหลของโลหะไม่สม่ำเสมอมากขึ้น เนื่องจากมุมแม่พิมพ์ขนาดใหญ่ทำให้เกิดการกระจายความต้านทานไม่สม่ำเสมอเมื่อโลหะผ่านแม่พิมพ์ โลหะที่อยู่ใกล้กับผนังด้านในของแม่พิมพ์จะมีแรงต้านมากกว่าและไหลได้ช้ากว่า ในขณะที่ตรงกลางจะมีปฏิกิริยาตรงกันข้าม อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้แม่พิมพ์หลาย-รูสำหรับการอัดขึ้นรูป หากมีการจัดเรียงรูแม่พิมพ์อย่างเหมาะสม การไหลของโลหะในแต่ละรูจะมีความสม่ำเสมอมากขึ้น ซึ่งช่วยปรับปรุงการไหลโดยรวม

 

ระดับความผิดปกติ

องศาการเสียรูปมากเกินไปและไม่เพียงพอทำให้เกิดการไหลของโลหะไม่สม่ำเสมอ หากระดับการเสียรูปน้อยเกินไป ความเค้นภายในของโลหะจะต่ำ ไม่เพียงพอที่จะส่งเสริมการไหลที่เพียงพอ ส่งผลให้พื้นที่เฉพาะที่ไม่มีการเสียรูปหรือการเสียรูปไม่เพียงพอ หากระดับการเสียรูปสูงเกินไป ความเครียดภายในจะสูงเกินไป ทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น รอยแตกในโลหะ นอกจากนี้ โลหะที่อยู่ใกล้บริเวณการเปลี่ยนรูปจะไหลเร็วกว่าบริเวณที่อยู่ไกลออกไป