Optimització de processos i anàlisi de rendiment de l'extrusió de tubs d'aliatge de titani Ti-B25

Per tal d'accelerar l'aplicació de l'aliatge de titani Ti-B25 als sistemes de comunicació de vaixells, aquest estudi va utilitzar el programari d'elements finits DEFORM-3D per simular el procés d'extrusió del tub en condicions de temperatura de deformació de 900. grau i velocitat de deformació de 0,1 s^-1 basat en l'equació constitutiva establerta en la fase inicial i els paràmetres del procés optimitzats pel diagrama de treball en calent, i es va verificar mitjançant experiments d'extrusió reals. Els resultats mostren que sota aquestes condicions de procés, es va extruir amb èxit un bitllet de tub d'aliatge de titani Ti-B25 amb un diàmetre de 62 mm × 12 mm, amb una qualitat superficial excel·lent i grans recristal·litzats a l'estructura. Després del tractament d'envelliment de la solució a 830 graus / 1 h + 600 grau / 8 h, la palanca del tub va mostrar una excel·lent concordança resistència-plasticitat, que va complir completament els requisits d'ús dels tubs d'antena de vaixells.

I. Construcció de models d'elements finits
1. Model geomètric
La figura 1 mostra un diagrama esquemàtic de la palanca extruïda i la matriu. El model tridimensional de la palanquilla, el cilindre d'extrusió i la vareta d'extrusió es va construir amb el programari SolidWorks i es va convertir en un fitxer STL que pot ser reconegut pel programari DEFORM-3D.

Per tal de millorar l'eficiència del càlcul, només 1/4 del tub es va mallar finament (vegeu la figura 2) per garantir la precisió i la convergència del procés de simulació.

2. Model constitutiu
A partir de l'estudi anterior sobre el comportament de deformació a alta temperatura de l'aliatge de titani Ti-B25, aquesta simulació utilitza una equació constitutiva específica (la fórmula específica s'omet aquí i es mostra en forma d'imatge), que descriu amb precisió el comportament reològic de el material a diferents temperatures i velocitats de deformació.

3. Configuració de paràmetres
Segons el diagrama de processament tèrmic de l'aliatge de titani Ti-B25, la temperatura de deformació es selecciona com a 9 00 graus i la velocitat de tensió és 0,1 s^-1 . Al mateix temps, el coeficient de fricció entre la palangana i la matriu s'estableix a 0,3 i la conductivitat tèrmica es defineix a 5. El procés de simulació utilitza una mida de pas de 0,5 mm, un total de 600 passos, i les dades es guarden cada cop. 2 passos per garantir l'exhaustivitat dels resultats de la simulació.

II. Resultats de simulació i anàlisi
1. Anàlisi del camp d'estrès
La figura 3 mostra la distribució del camp de tensió de les palanques de tubs d'aliatge de titani Ti-B25 en diferents etapes durant el procés d'extrusió. En l'etapa inicial, la gran tensió es concentra al cap i la cua del tub; A mesura que avança l'extrusió, l'estrès augmenta significativament després que l'extrem frontal entri al barril d'extrusió i l'estrès s'allibera ràpidament després de passar pel cinturó de mida. La tensió màxima equivalent continua apareixent al radi de la matriu del barril d'extrusió.

2. Anàlisi del camp de deformació
La figura 4 revela els canvis del camp de tensió durant el procés d'extrusió. La tensió inicial és petita i, a mesura que el tub passa pel cinturó de mida, la tensió augmenta bruscament, especialment al radi del cinturó de mida, que és fàcil de formar una zona morta de deformació, i s'ha de prestar una atenció especial.

3. Anàlisi de camp de temperatura
La figura 5 mostra la distribució del camp de temperatura durant el procés d'extrusió. En l'etapa inicial, la superfície de la palanca del tub es refreda a causa de l'intercanvi de calor i la part de deformació s'escalfa a causa de la conversió del treball de deformació plàstica en energia tèrmica, donant lloc a un camp de temperatura desigual greu. La diferència de temperatura més alta i més baixa és de 170 graus, cosa que suggereix que la temperatura de deformació s'ha de controlar estrictament i el disseny de la matriu s'ha d'optimitzar.

III. Experiment d'extrusió de tubs
1. Avaluació de la qualitat superficial
L'experiment utilitza els paràmetres de temperatura de deformació 900 graus, velocitat de tensió 0,1 s^-1 i velocitat d'extrusió 50 mm/s per a l'extrusió. Com es mostra a la figura 6, el tub extruït té una gran rectitud i una superfície llisa, però hi ha lleus defectes a l'extrem frontal a causa de la caiguda sobtada de la temperatura i la deformació inestable, que és un fenomen normal.

2. Propietats mecàniques a temperatura ambient
Mitjançant el tractament d'envelliment de la solució sòlida, el tub d'aliatge de titani Ti-B25 mostra una excel·lent combinació de resistència i plasticitat, complint els estrictes requisits dels tubs d'antena de vaixells. Aquest resultat verifica la precisió de la simulació numèrica i la racionalitat dels paràmetres del procés.