เทคโนโลยีหลักสำหรับการออกแบบ การประมวลผล และการใช้วัสดุโลหะผสมไทเทเนียมอุณหภูมิสูงขั้นสูง

โลหะผสมไทเทเนียมอุณหภูมิสูง 600 องศา โลหะผสมไทเทเนียมทนไฟ โลหะผสม TiAl และวัสดุคอมโพสิต SiCf/Ti เป็นโลหะผสมไทเทเนียมอุณหภูมิสูงประสิทธิภาพสูงชนิดใหม่ เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุโลหะผสมไทเทเนียมทั่วไป อายุทางเทคนิคจะต่ำกว่า เมื่อพิจารณาถึงคุณลักษณะการบริการและข้อกำหนดการออกแบบของเครื่องยนต์ขั้นสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งชิ้นส่วนที่หมุนได้ซึ่งใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง จำเป็นต้องมีการวิจัยการประยุกต์ใช้ทางวิศวกรรมจำนวนมาก เช่น ปฏิสัมพันธ์ระหว่างการคืบคลาน-ความล้า-สภาพแวดล้อมในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง , สารหน่วงไฟ และเอฟเฟกต์พื้นผิวขนาดเล็ก อิทธิพลของประสิทธิภาพความล้า เทคโนโลยีความสมบูรณ์ของพื้นผิว การวิเคราะห์ความเค้นตกค้างภายในและพื้นผิวของการตีขึ้นรูปและชิ้นส่วน และผลกระทบต่อประสิทธิภาพการบริการ การทำนายอายุการใช้งานและการวิเคราะห์ความล้มเหลว ฯลฯ เพื่อแก้ปัญหาเทคโนโลยีที่สำคัญ เช่น การออกแบบวัสดุและกระบวนการผลิตที่เกี่ยวข้องกับวิศวกรรม การใช้งาน

เทคโนโลยีการควบคุมการทำให้บริสุทธิ์และทำให้เป็นเนื้อเดียวกันสูงของส่วนประกอบแท่งโลหะอุตสาหกรรม

การผสมโลหะผสมของ TA29, TB12 และ TiAl มีความซับซ้อน ปริมาณองค์ประกอบการผสมสูง และความเป็นพลาสติกต่ำ การเตรียมแท่งโลหะผสมดังกล่าวเป็นเรื่องยาก เป็นเรื่องยากและมีแนวโน้มที่จะแตกแยก การใช้กระบวนการหลอมเตาอาร์คไฟฟ้าแบบบริโภคสูญญากาศแบบดั้งเดิม จำนวนเวลาในการหลอมควรเพิ่มขึ้นอย่างเหมาะสม และควรควบคุมกระแสการหลอม กระแสการหดตัว ขนาดแท่ง วิธีการหล่อเย็นที่เบ้าหลอม ฯลฯ สำหรับโลหะผสม TiAl กระบวนการหลอมเตาพลาสมาเย็นสามารถใช้ในการผลิตแท่งโลหะได้ กระบวนการหลอมเตาเย็นสามารถกำจัดสิ่งเจือปนและปรับปรุงการแยกองค์ประกอบได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับวัสดุโลหะผสมไทเทเนียมที่ใช้ในชิ้นส่วนที่หมุนที่สำคัญของเครื่องยนต์ ประเทศของเรามีอุปกรณ์ถลุงเตาเย็นพลาสมาจำนวนมากอยู่แล้ว และมีความสามารถและเงื่อนไขของการวิจัยในห้องปฏิบัติการและการผลิตทางอุตสาหกรรม

บาร์ขนาดใหญ่และเทคโนโลยีการเตรียมการตีขึ้นรูปพิเศษ

วัตถุดิบโลหะผสมไทเทเนียมสำหรับการตีขึ้นรูปการบินโดยทั่วไปจะใช้แท่ง และการตีขึ้นรูปขนาดใหญ่ เช่น จานล้อ ปลอก บลิสก์ และใบพัดลม โดยทั่วไปจะใช้ Titanium Square Bar สำหรับใบพัดคอมเพรสเซอร์ขนาดเล็กและการตีขึ้นรูปใบพัดกังหันแท่งไทเทเนียมเกรด 5ถูกนำมาใช้ เนื่องจากเครื่องยนต์ขั้นสูงมีแนวโน้มที่จะใช้รูปแบบโครงสร้างของบลิสก์อินทิกรัลและบลิสอินทิกรัล ข้อกำหนดเฉพาะของการตีขึ้นรูปและแท่งที่สอดคล้องกันจึงเพิ่มขึ้น การควบคุมความสม่ำเสมอของแท่งเหล็กขนาดใหญ่ถือเป็นสิ่งสำคัญในการรับรองคุณภาพของการตีขึ้นรูป จำเป็นต้องเลือกอุปกรณ์การตีขึ้นรูปขั้นสูงที่เหมาะสม กระบวนการตีการออกแบบที่เหมาะสมที่สุด สำหรับแท่งโลหะผสม TB12 และ TiAl เนื่องจากความต้านทานการปลอมแปลงสูงของโลหะหล่อ ความเป็นพลาสติกในกระบวนการต่ำ ความไวต่ออุณหภูมิการเปลี่ยนรูป และรอยแตกร้าวจากการตีขึ้นรูปง่าย แท่งโลหะควรเตรียมโดยกระบวนการอัดขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูงเพื่อเตรียมชิ้นงานขนาดใหญ่ - แท่งขนาดไม่เพียง แต่สามารถปรับปรุงความสม่ำเสมอของการเสียรูปได้สามารถรับประกันการเสียรูปได้เพียงพอและสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและความเสถียรของแบทช์ของแท่งได้อีกด้วย

โครงสร้างจุลภาคและพื้นผิวผลึกของโลหะผสมไทเทเนียมเป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อคุณสมบัติเชิงกล เนื่องจากแอนไอโซโทรปีของเฟส การควบคุมสัณฐานวิทยาของโครงสร้างจุลภาคของการตีขึ้นรูปและความสม่ำเสมอของโครงสร้างจุลภาคและพื้นผิวไม่เพียงแต่สามารถปรับปรุงระดับประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยเท่านั้น แต่ยังช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานร่วมกันระหว่างการคืบคลานและความล้าของชิ้นส่วนนั่นคือประสิทธิภาพความล้าของโหลด และลดจำนวนที่แตกต่างกัน แบตช์ การกระจายข้อมูลประสิทธิภาพของส่วนประกอบรอง สำหรับโลหะผสมไทเทเนียมอุณหภูมิสูงใหม่เหล่านี้ โดยเฉพาะโลหะผสม TiAl เนื่องจากการแนะนำโครงสร้างที่ได้รับคำสั่ง ปัญหาพื้นผิวจึงมีความซับซ้อนและสำคัญมากขึ้น และอิทธิพลต่อประสิทธิภาพความล้าของรอบสูงและต่ำและประสิทธิภาพความล้าของโหลดก็ซับซ้อนมากขึ้นเช่นกัน โครงสร้างและพื้นผิวควรได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดในการเตรียมแท่งและการตีขึ้นรูป

เทคโนโลยีการตัดเฉือนชิ้นส่วนแบบบลิสก์แบบอินทิกรัลและแบบอินทิกรัล

เนื่องจากการปรับปรุงระดับประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ขั้นสูงอย่างต่อเนื่อง ปริพันธ์บลิสก์และปริทันต์บลิสก์จึงกลายเป็นแนวโน้มการพัฒนา ใบมีดบลิสก์โดยรวมมีโครงสร้างที่ซับซ้อน การเปิดช่องได้ไม่ดี ใบมีดบาง การโค้งงอและบิดงอมาก ความแข็งแกร่งต่ำ และการเปลี่ยนรูปง่าย การออกแบบต้องใช้ความแม่นยำทางเรขาคณิตที่สูงขึ้นเรื่อยๆ และคุณภาพที่ครอบคลุม การค้ำประกันเริ่มยากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับวงแหวนใบพัดรวมและใบพัดของคอมเพรสเซอร์ที่มีขนาดใบมีดเล็ก โดยทั่วไปแล้ว airfoil จะถูกประมวลผลโดยวิธีการกัด CNC ความเร็วสูงเพื่อควบคุมการเสียรูปของชิ้นส่วน และเทคโนโลยีการตกแต่งแสงสั่นสะเทือนจะถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงการกระจายความเค้นตกค้าง บนพื้นผิวของชิ้นส่วน พื้นผิวเป็นแบบกราวด์และมีการขัดแบบไหลลื่น รูปร่างใบมีดมีความแม่นยำของมิติสูง ข้อผิดพลาดของรูปร่างใบมีดน้อยกว่า 0.1 มม. และความหยาบของพื้นผิวใบมีด Ra ถึงระดับ 0.2μm ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวและความสมบูรณ์ของพื้นผิวของชิ้นส่วน ควรใช้วิธีการเคมีไฟฟ้าในการประมวลผลโปรไฟล์ของใบมีดโลหะผสม TiAl

การวิจัยเกี่ยวกับประสิทธิภาพความล้าในรอบสูงเป็นพิเศษ

ในความเป็นจริง ไม่มีขีดจำกัดความล้าในรอบสูงสำหรับวัสดุโลหะผสมไทเทเนียม ทั้งรุ่นปี 1999 และ 2004 ของ Engine Structural Integrity Program (ENSIP) ในสหรัฐอเมริกา กำหนดให้อายุการใช้งานความล้าในรอบสูงของชิ้นส่วนเครื่องยนต์โลหะผสมไทเทเนียมควรมีอย่างน้อย 109 รอบ เมื่อความเครียดที่ใช้ลดลง ตำแหน่งเริ่มต้นของรอยแตกเมื่อยล้ามีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นจากพื้นผิวไปจนถึงภายใน สำหรับบลิสก์โลหะผสมไทเทเนียมอุณหภูมิสูง 600 องศา บลิสก์คอมโพสิตไทเทเนียมเมทริกซ์ และใบมีดโลหะผสม TiAl ประสิทธิภาพความล้าของใบมีดมีความไวต่อความเครียดจากแรงสั่นสะเทือนมาก ดังนั้นควรศึกษาพฤติกรรมและประสิทธิภาพความล้าในรอบสูงเป็นพิเศษอย่างเต็มที่ การเลือกวิธีการเสริมความแข็งแกร่งของพื้นผิวที่เหมาะสมอย่างเหมาะสม เช่น การเสริมความแข็งแกร่งด้วยเลเซอร์และการขัดแบบพลาสติกต่ำ สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพความล้าของรอบที่สูงเป็นพิเศษของใบมีด และป้องกันความเสียหายภายในและความล้มเหลวร้ายแรงที่เกิดจากความล้มเหลวของใบมีด