Procesoptimering og præstationsanalyse af Ti-B25 titaniumlegeringsrørekstrudering
For at fremskynde anvendelsen af Ti-B25 titanlegering i skibskommunikationssystemer brugte denne undersøgelse DEFORM-3D finite element-software til at simulere rørekstruderingsprocessen under betingelserne for deformationstemperatur på 900 grad og tøjningshastighed på 0,1 s^-1 baseret på den konstitutive ligning etableret i det tidlige stadie og procesparametrene optimeret af det varme arbejdsdiagram, og verificeret det gennem faktiske ekstruderingseksperimenter. Resultaterne viser, at under denne procestilstand blev en Ti-B25 titanlegeringsrørstang med en diameter på 62 mm × 12 mm med succes ekstruderet med fremragende overfladekvalitet og omkrystalliserede korn i strukturen. Efter opløsningsældningsbehandling ved 830 grader /1 time + 600 grad /8 timer viste rørstykket fremragende styrke-plasticitetsmatchning, som fuldt ud opfyldte brugskravene til skibsantennerør.
I. Finite element model konstruktion
1. Geometrisk model
Figur 1 viser et skematisk diagram af den ekstruderede barre og matricen. Den tredimensionelle model af barren, ekstruderingscylinderen og ekstruderingsstangen blev konstrueret ved hjælp af SolidWorks-software og konverteret til en STL-fil, der kan genkendes af DEFORM-3D-software.
For at forbedre beregningseffektiviteten var kun 1/4 af røret fintmasket (se figur 2) for at sikre nøjagtigheden og konvergensen af simuleringsprocessen.
2. Konstitutiv model
Baseret på den tidligere undersøgelse af højtemperaturdeformationsadfærden af Ti-B25 titanlegering, bruger denne simulering en specifik konstitutiv ligning (den specifikke formel er udeladt her og vises i form af et billede), som nøjagtigt beskriver den reologiske adfærd af materialet ved forskellige temperaturer og belastningshastigheder.
3. Parameterindstilling
Ifølge det termiske behandlingsdiagram for Ti-B25 titanlegering er deformationstemperaturen valgt til 900 grader, og tøjningshastigheden er 0.1 s^-1 . Samtidig sættes friktionskoefficienten mellem emnet og matricen til 0,3, og varmeledningsevnen sættes til 5. Simuleringsprocessen bruger en trinstørrelse på 0,5 mm, i alt 600 trin, og dataene gemmes pr. 2 trin for at sikre fuldstændigheden af simuleringsresultaterne.
II. Simuleringsresultater og analyse
1. Stressfeltanalyse
Figur 3 viser spændingsfeltfordelingen af Ti-B25 titanlegeringsrørstang på forskellige stadier under ekstruderingsprocessen. I det tidlige stadie er den store spænding koncentreret i hovedet og halen af røret; efterhånden som ekstruderingen skrider frem, øges spændingen betydeligt, efter at den forreste ende kommer ind i ekstruderingscylinderen, og spændingen udløses hurtigt efter at have passeret gennem dimensioneringsbåndet. Den maksimale ækvivalente spænding fortsætter med at optræde ved radius af ekstruderingscylinderens dyse.
2. Strain field analyse
Figur 4 afslører spændingsfeltændringerne under ekstruderingsprocessen. Den indledende belastning er lille, og når røret passerer gennem dimensioneringsbåndet, øges belastningen kraftigt, især ved radius af dimensioneringsbåndet, som er let at danne en deformationsdød zone, og der skal lægges særlig vægt på.
3. Temperaturfeltanalyse
Figur 5 viser temperaturfeltfordelingen under ekstruderingsprocessen. I det tidlige stadie afkøles rørets overflade på grund af varmeveksling, og deformationsdelen opvarmes på grund af omdannelsen af plastisk deformationsarbejde til varmeenergi, hvilket resulterer i alvorlige ujævne temperaturfelter. Den højeste og laveste temperaturforskel er 170 grader, hvilket tyder på, at deformationstemperaturen skal kontrolleres strengt, og formdesignet skal optimeres.
III. Ekstrudering af rør
1. Overfladekvalitetsevaluering
Forsøget bruger parametrene for deformationstemperatur 900 grader, tøjningshastighed 0,1 s^-1 og ekstruderingshastighed 50 mm/s til ekstrudering. Som vist i figur 6 har det ekstruderede rør høj rethed og glat overflade, men der er små fejl ved forenden på grund af pludseligt temperaturfald og ustabil deformation, hvilket er et normalt fænomen.
2. Mekaniske egenskaber ved stuetemperatur
Gennem solid ældningsbehandling viser Ti-B25 titanlegeringsrøret fremragende styrke-plasticitetsmatchning, der opfylder de strenge krav til skibsantennerør. Dette resultat verificerer nøjagtigheden af numerisk simulering og rationaliteten af procesparametre.
