האם אתה מכיר את טכנולוגיית החישול של סגסוגת טיטניום?

לסגסוגות טיטניום תכונות מצוינות כגון חוזק גבוה, עמידות טובה בפני קורוזיה, תכונות לא מגנטיות וביצועי ריתוך טובים, כמו גם שורה של יתרונות כגון מוליכות-על, אחסון מימן וזיכרון. סגסוגות טיטניום נמצאות בשימוש נרחב בכמה תחומים חדשניים כגון תעופה וחלל, תעשייה צבאית, פיתוח ימי ותעשייה פטרוכימית.

 

ביישום מוצרי סגסוגת טיטניום שונים,פרזול טיטניום דרגה 5משמש בעיקר באירועים הדורשים חוזק גבוה, קשיחות גבוהה ואמינות גבוהה, כגון דיסקים של מדחס טורבינת גז ועצמות מלאכותיות רפואיות. לכן, לא רק דיוק ממדי גבוה נדרש לפרזול, אלא נדרשים גם חומרים בעלי מאפיינים מצוינים ויציבות גבוהה.

יישום חלקי של חישול טיטניום דרגה 5

 

1. שדה תעופה וחלל

 

50% מחומרי הטיטניום בעולם משמשים בתחום התעופה והחלל. 30% מגוף המטוסים הצבאיים משתמשים בסגסוגת טיטניום, וכמות הטיטניום המשמשת במטוסים אזרחיים עולה בהדרגה. על פי דיווחים, כמות הטיטניום בשימוש בבואינג 787 הגיעה ליותר מ-15%, והנציגה של סגסוגת הטיטניום המשמשת במטוס היא סגסוגת Ti-6Al-4V, בעלת הבטיחות הגבוהה ביותר . בתחום התעופה והחלל, פרזול סגסוגת טיטניום משמשים במיכלי דלק של מנועי הנעה רקטות ולווייניות, להבים של משאבות טורבו דלק נוזלי וחלקי כניסה של משאבות יניקה.

 

2. להבי טורבינת קיטור לייצור חשמל

 

הגדלת אורך הלהבים של טורבינות קיטור לייצור חשמל תרמי היא אמצעי יעיל לשיפור יעילות ייצור החשמל, אך הארכת הלהבים תגביר את העומס על הרוטור[i]. השימוש בפרזול מסגסוגת טיטניום בתור להבים יכול להפחית את העומס, והשימוש בלהבי סגסוגת Ti-6Al-4V באורך 1 מטר בקצה של טורבינות קיטור מסתובבות במהירות גבוהה היה מעשי ב-1991.

 

טכנולוגיית חישול של סגסוגת טיטניום

 

בעיבוד תרמי של סגסוגות טיטניום, טמפרטורת החימום חשובה מאוד. כאשר הטמפרטורה נמוכה יותר, ההתנגדות לדפורמציה גדולה יותר, וקל לייצר סדקים ופגמים אחרים. יחד עם זאת, יש לו גם תלות רבה במהירות הדפורמציה במהלך עיבוד תרמי. שווה ערך או גבוה יותר, יכול לדכא את הירידה בטמפרטורת החישול במהלך החישול.

 

1. טכנולוגיית פרזול של דיסקיות מנוע

 

טכנולוגיית חישול של דיסקים מנועים הדיסקים המשמשים במנועי מטוסים דורשים חוזק עייפות גבוה וקשיחות שבר. חלקים מצופים מסגסוגת Ti-6Al-2Sn-4Zr-6משמשים באזור הטמפרטורה הבינונית של 700K. שיטת העיבוד המסורתית היא פרזול באזור -, והמבנה שלה הוא גרגירים פאזיים ושו-צירים ומבנה דו-פאזי עגול עדין, וערך קשיחות השבר נמוך. על מנת לשפר נקודה זו פותחה שיטת פרזול מחוממת באזור.

 

שיטת הפרזול היא לחמם פרזול מעל טמפרטורת מעבר הפאזות, דבר שיגרום להתגבשות מחדש, ולכן לטמפרטורת הפרזול ולעיוות העיבוד יש השפעה רבה על תכונות החומר, וחימום חוזר במהלך הפרזול אינו מאפשר לעצור את העיוות. לכן, יש לשלוט בקפדנות על טמפרטורת החישול והעיוות בזיוף. עבור סגסוגת Ti-6Al-2Sn-4Zr-Mo, טמפרטורת העיבוד היא בטווח של 1073~1323K, וחייב להיות עיוות עיבוד מספיק. מבנה החישול כולו בצורת מחט, וערך קשיחות השבר משופר.

 

2. טכנולוגיית פרזול להבי טורבינה

 

להבי הטורבינה דקים מאוד, והטמפרטורה יורדת במהירות במהלך תהליך הפרזול, ולכן יש לתכנן את התבנית במדויק. כעת, מתפתחת טכנולוגיה לשימוש יעיל באנרגיה של מכות למעלה ולמטה כדי לעצב את פני הלהב.

 

3. טכנולוגיית ייצור טבעת

 

מעטפת מאוורר המנוע ומעטפת המדחס משתמשים כולם בקישורי גלגול מסגסוגת Ti-6Al-4V. עבור מוצרי סגסוגת טיטניום בעלי עלויות חומרים גבוהות יחסית, הפחתת כניסת החומרים יעילה מאוד להפחתת עלויות. בדרך כלל, הטכנולוגיה כמעט נקייה (הכוונה לטכנולוגיית העיצוב שיכולה לשמש כרכיב מכני לאחר יצירת חלק, נדרשת רק כמות קטנה של עיבוד או לא עיבוד), באמצעות טכנולוגיה זו, כמות החומרים תהיה יופחת ביותר מ-55%.

 

בעת עיבוד טבעות עבות, על מנת למנוע סדקים, יש צורך לתת כוח דחיסה רב ככל האפשר, ויש לשים לב לשליטה במבנה וירידת הטמפרטורה של הטבעות במהלך העיבוד. בקיצור, ייצור פרזול מסגסוגת טיטניום מצריך טמפרטורת עיבוד נכונה ועיוות מתאים כדי לקבל פרזול איכותי.

 

מסיבה זו, בתהליך הייצור של חישול טיטניום דרגה 5, יש לנצל באופן מלא את המאפיינים של סגסוגת טיטניום. על מנת להשיג פרזול באיכות גבוהה, יש לשלוט כראוי על טמפרטורת החישול והעיוות הפלסטי במהלך הייצור.