Specialfremstillede titaniumfastgørelseselementer

I kernesektorer som luftfart, maritim teknik og medicinsk udstyr kan standard titaniumfæstelseselementer ikke længere opfylde de strenge krav til strukturel tilpasningsevne, ydeevnespecificitet og miljøtolerance i specifikke scenarier. For eksempel skal forbindelseskomponenter i højtemperaturområder i flymotorer modstå temperaturer over 600 °C og være modstandsdygtige over for gaskorrosion. Fæstelseselementer på dybhavsboreplatforme skal modstå højt tryk og alvorlig havvandskorrosion i tusindvis af meters dybder. Disse specialiserede driftsforhold stiller personlige krav til størrelsen, strukturen og materialeegenskaberne for titaniumfæstelseselementer, hvilket gør specialfremstilling til en nødvendighed.

Titanium og titanlegeringer er på grund af deres lave densitet, høje styrke, fremragende korrosionsbestandighed og mekaniske stabilitet over et bredt temperaturområde de foretrukne basismaterialer til specialfremstillede fastgørelseselementer. Titaniumlegeringers dårlige varmeledningsevne, høje kemiske aktivitet og betydelige deformationshærdningseffekter gør imidlertid specialfremstilling udfordrende, herunder vanskeligheder med strukturel støbning, præcisionskontrol og sikring af ensartet ydeevne.

Kerneteknologier inden for specialfremstilling

Kernepræmissen for specialfremstilling er præcist at matche materialeegenskaber med driftsforhold. Titanlegeringskvaliteter skal vælges baseret på parametre som driftsmiljø, belastningsforhold og mediekarakteristika. Materialevalg kræver et "arbejdsforhold - ydeevne - kvalitet"-kortlægningssystem. Til højbelastede luftfartsstrukturer foretrækkes TC4 (Ti-6Al-4V) titanlegering, der kan prale af en trækstyrke på 900-1100 MPa og fremragende sejhed. Til miljøer med høje temperaturer (300-500°C) foretrækkes TC11 (Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si), da der opnås en højtemperaturstyrkebevarelsesrate på over 85%. Til maritim ingeniør- og kemisk industri foretrækkes TA2 rent titanium eller Ti-6Al-4V-ELI, da de har en havvandskorrosionshastighed på mindre end 0.001 mm/år. Til medicinske implantater anvendes Ti-6Al-7Nb, der giver fremragende biokompatibilitet.

Til ekstreme krav som ultrahøj temperatur og ultrahøj styrke er materialemodifikationsteknologi nødvendig for at forbedre ydeevnen: β-varmebehandling bruges til at forfine kornene i TC21-titaniumlegeringen, hvilket kan øge trækstyrken til mere end 1200 MPa; Al₂O₃ keramisk belægning fremstilles på overfladen af ​​titaniumfastgørelseselementer ved hjælp af plasmasprøjtningsteknologi, og temperaturbestandighedsgrænsen kan overstige 800 ℃; laserbehandling af overfladelegering kan øge overfladehårdheden fra HRC30 til HRC55 eller derover, hvilket forbedrer slidstyrken.

Kerneteknologier inden for specialfremstilling

Kernepræmissen for specialfremstilling er præcist at matche materialeegenskaber med driftsforhold. Titanlegeringskvaliteter skal vælges baseret på parametre som driftsmiljø, belastningsforhold og mediekarakteristika. Materialevalg kræver et "arbejdsforhold - ydeevne - kvalitet"-kortlægningssystem. Til højbelastede luftfartsstrukturer foretrækkes TC4 (Ti-6Al-4V) titanlegering, der kan prale af en trækstyrke på 900-1100 MPa og fremragende sejhed. Til miljøer med høje temperaturer (300-500°C) foretrækkes TC11 (Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si), da der opnås en højtemperaturstyrkebevarelsesrate på over 85%. Til maritim ingeniør- og kemisk industri foretrækkes TA2 rent titanium eller Ti-6Al-4V-ELI, da de har en havvandskorrosionshastighed på mindre end 0.001 mm/år. Til medicinske implantater anvendes Ti-6Al-7Nb, der giver fremragende biokompatibilitet.

Til ekstreme krav som ultrahøj temperatur og ultrahøj styrke kræves der materialemodifikationsteknologi for at forbedre ydeevnen: β-varmebehandling bruges til at forfine kornene i TC21-titaniumlegeringen, hvilket kan øge trækstyrken til mere end 1200 MPa; Al₂O₃ keramisk belægning fremstilles på overfladen af ​​titaniumfastgørelseselementer ved hjælp af plasmasprøjtningsteknologi, og temperaturbestandighedsgrænsen kan overstige 800 ℃; laserbehandling af overfladelegering kan øge overfladehårdheden fra HRC30 til HRC55 eller derover, hvilket forbedrer slidstyrken.

(1) Smedning

Det er velegnet til specialfremstillede fastgørelseselementer med stort hovedvolumen og behovet for at sikre kontinuiteten af ​​metalstrømningslinjerne (såsom store flangebolte). Isotermisk smedning bruges til at opvarme barren og formen til samme temperatur (normalt 700-900 ℃) og langsomt påføre tryk for at få barren til at passe ind i formhulrummet, hvilket effektivt kan undgå revneproblemer forårsaget af titanlegeringens dårlige lavtemperaturplasticitet. Hovedformningsnøjagtigheden kan nå ±0.5 mm, og metalstrømningslinjerne er fordelt langs hovedkonturen. Udmattelseslevetiden øges med mere end 40% sammenlignet med almindelig smedning.

(2) CNC-bearbejdning

Til kundetilpassede krav til specialformede strukturer (såsom excentriske hoveder, kombinerede gevind, hule stænger) og højpræcisionstolerancer (≤±0.005 mm) anvendes CNC-kompositbearbejdningsteknologi. Det 5-aksede koblingsbearbejdningscenter realiserer integreret drejning, fræsning, boring og gevindskæring, hvilket reducerer antallet af fastspændingstider (enkelt fastspænding kan fuldføre flere bearbejdningstrin), og positioneringsfejlen kontrolleres inden for 0.003 mm. Kombineret med hårdmetalbelagte værktøjer (såsom TiAlN-belægning) og et højtryks internt kølesystem kan det effektivt løse problemerne med værktøjsfastsiddende bearbejdning og spånopbygning i bearbejdning af titanlegeringer, og overfladeruheden kan være så lav som Ra0.2μm.

(3) 3D-printning

Adaptive fastgørelseselementer med ekstremt komplekse strukturer (såsom interne strømningskanaler, gitterstrukturer) og tilpasning af små partier. Ved hjælp af selektiv lasersmeltningsteknologi (SLM) anvendes titanlegeringspulver som råmateriale, og lasersintring udføres lag for lag. Støbepræcisionen kan nå ±0.02 mm, hvilket kan realisere specialformede strukturdesign, der ikke kan fuldføres ved traditionel bearbejdning. Efter trykning kræves varm isostatisk presning (HIP) for at eliminere interne porøsitetsdefekter og opnå en densitet på mere end 99.8% med mekaniske egenskaber, der kan sammenlignes med smedegods.

Overfladebehandling

Levetiden og pålideligheden af ​​specialfremstillede fastgørelseselementer afhænger i høj grad af overfladeegenskaber, og målrettet overfladebehandling er nødvendig baseret på korrosion, slid, tætning og andre krav.

(1) Korrosionsbeskyttende

I korrosive miljøer såsom marine- og kemisk industri anvendes mikrobueoxidationsteknologi til at danne en keramisk oxidfilm med en overfladetykkelse på 5-20 μm, som kan modstå neutral saltspraykorrosion i mere end 5000 timer. I mildt korrosive miljøer udføres fosfateringsbehandling for at danne en fosfatkonverteringsfilm, som kan forbedre vedhæftningen af ​​efterfølgende belægninger. Kombineret med polytetrafluorethylenbelægningen har den både antikorrosions- og friktionsreducerende funktioner.

(2) Slidstyrke

Til specialfremstillede fastgørelseselementer, der bruges til at forbinde bevægelige dele, anvendes laserbeklædningsteknologi til at fremstille WC-Co metalkeramiske belægninger på gevind eller kontaktflader. Overfladehårdheden kan nå HV1200, og slidstyrken er 5-8 gange højere end basismaterialets. Til slidscenarier med lav belastning anvendes nitreringsbehandling til at danne et nitridlag med en tykkelse på 0.1-0.3 mm, hvilket effektivt kan reducere friktionskoefficienten.

(3) Forsegling

I højtryksforseglingsscenarier påføres en anaerob klæbemiddelbelægning på gevinddelene, som danner et elastisk forseglingslag efter hærdning, og forseglingstrykket kan nå mere end 30 MPa. For fastgørelseselementer i et vibrationsmiljø dannes gevindets mikrodeformationsstruktur ved overfladevalsning, eller der påføres en nylon-anti-løsningsbelægning for at opnå permanent anti-løsning, og anti-løsningsevnen opfylder kravene i GB/T 10431-2008-standarden.

Kvalitetskontrol

Tilpassede fastgørelseselementer skal bestå hele procesinspektionen for at sikre, at ydeevnen opfylder standarderne, og etablere et tre-niveau inspektionssystem for "råmaterialer - halvfabrikata - færdigvarer". I råmaterialefasen detekteres den kemiske sammensætning af et spektrometer for at sikre renheden af ​​titanlegeringskvaliteten (indholdet af urenhedselementerne Fe er ≤0.3%, og indholdet af O er ≤0.2%); i halvfabrikatafasen detekteres dimensionsnøjagtigheden af ​​en trekoordinatmålemaskine, og den geometriske tolerancemålingsopløsning når 0.001 mm; i færdigvarefasen udføres mekanisk ydeevneprøvning (trækstyrke, flydespænding, slagstyrke), ikke-destruktiv prøvning (ultralydsdetektion af interne defekter, magnetisk partikeldetektion af overfladerevner) og simuleringstest af arbejdsforhold (højtemperaturudholdenhedstest, korrosionsudmattelsestest) for at sikre, at de tilpassede krav er opfyldt.

Wstitanium har introduceret avanceret udstyr, herunder et tysk importeret 5-akset CNC-bearbejdningscenter, SLM 3D-printere og isotermiske smedelinjer. CNC-bearbejdning opnår en positioneringsnøjagtighed på ±0.001 mm, og 3D-printning opnår en densitet på ≥99.8%, hvilket opfylder behovene for komplekse strukturer og højpræcisions tilpasning. Der er etableret et komplet kvalitetskontrolsystem, der bruger et MES-system til at registrere bearbejdningsparametre (skærehastighed, tilførselshastighed, varmebehandlingstemperatur osv.) i realtid, hvilket sikrer sporbarhed af hvert produkt. Udstyret med testudstyr såsom en tredimensionel målemaskine, en universel materialetestmaskine og et saltspraytestkammer implementerer virksomheden 100% dimensionsinspektion, 100% overfladefejldetektion og stikprøvekontrol af mekaniske egenskaber, hvilket resulterer i en konstant høj produktkvalificeringsrate på over 99.5%.