A Ti-B25 titánötvözet csőextrudálás folyamatoptimalizálása és teljesítményelemzése

A Ti-B25 titánötvözet hajó kommunikációs rendszerekben való alkalmazásának felgyorsítása érdekében ez a tanulmány a DEFORM-3D végeselemes szoftvert használta a csőextrudálási folyamat szimulálására 900°-os deformációs hőmérséklet mellett. fok és nyúlási sebesség 0,1 s^-1 a korai szakaszban felállított konstitutív egyenlet és a melegmegmunkálási diagrammal optimalizált folyamatparaméterek alapján, és ezt tényleges extrudálási kísérletekkel igazolták. Az eredmények azt mutatják, hogy ezen eljárási feltételek mellett egy 62 mm × 12 mm átmérőjű Ti-B25 titánötvözet csőtuskót sikerült extrudálni, kiváló felületi minőséggel és átkristályosodott szemcsékkel a szerkezetben. A 830 fokos /1h + 600 fokos /8h-os oldatos öregítési kezelés után a csőtuskó kiváló szilárdság-plaszticitás illeszkedést mutatott, ami teljes mértékben megfelelt a hajóantenna csövek használati követelményeinek.

I. Végeselem modell építés
1. Geometriai modell
Az 1. ábra az extrudált tuskó és a szerszám sematikus diagramját mutatja. A tuskó, az extrudáló henger és az extrudáló rúd háromdimenziós modellje SolidWorks szoftverrel készült, és egy STL fájllá konvertálták, amelyet a DEFORM-3D szoftver felismer.

A számítási hatékonyság javítása érdekében a cső mindössze 1/4-ét finomra hálóztuk (lásd 2. ábra), hogy biztosítsuk a szimulációs folyamat pontosságát és konvergenciáját.

2. Konstitív modell
A Ti-B25 titánötvözet magas hőmérsékletű deformációs viselkedésével foglalkozó korábbi tanulmány alapján ez a szimuláció egy specifikus konstitutív egyenletet használ (a konkrét képletet itt kihagyjuk, és kép formájában jelenítjük meg), amely pontosan leírja a titán ötvözet reológiai viselkedését. az anyagot különböző hőmérsékleteken és nyúlási sebességeken.

3. Paraméterek beállítása
A Ti-B25 titánötvözet termikus feldolgozási diagramja szerint az alakváltozási hőmérséklet 900 fok, az alakváltozási sebesség pedig 0,1 s^-1 . Ugyanakkor a tuskó és a szerszám közötti súrlódási együttható 0,3-ra, a hővezetőképesség pedig 5-re van állítva. A szimulációs folyamat 0,5 mm-es lépésméretet használ, összesen 600 lépést, és az adatokat minden alkalommal elmentik. 2 lépés a szimulációs eredmények teljességének biztosítása érdekében.

II. Szimulációs eredmények és elemzés
1. Stresszmező elemzés
A 3. ábra a Ti-B25 titánötvözet csőtuskó feszültségmező eloszlását mutatja az extrudálási folyamat különböző szakaszaiban. A korai stádiumban a nagy feszültség a cső fejére és farkára összpontosul; az extrudálás előrehaladtával a feszültség jelentősen megnő, miután az elülső vége belép az extrudáló hengerbe, és a feszültség gyorsan feloldódik, miután áthaladt a méretező szalagon. A maximális egyenértékű feszültség továbbra is megjelenik az extrudáló hengeres szerszám sugarában.

2. Strain field elemzés
A 4. ábra az extrudálási folyamat során bekövetkező alakváltozásokat mutatja be. A kezdeti feszültség kicsi, és ahogy a cső áthalad a méretező szalagon, a feszültség erősen megnövekszik, különösen a méretező szalag sugaránál, amely könnyen deformációs holtzónát képez, és erre különös figyelmet kell fordítani.

3. Hőmérséklet térelemzés
Az 5. ábra a hőmérsékletmező eloszlását mutatja az extrudálási folyamat során. A korai stádiumban a csőtuskó felülete a hőcsere következtében lehűl, a deformációs rész pedig a képlékeny alakváltozási munka hőenergiává történő átalakulása miatt felmelegszik, ami komoly egyenetlen hőmérsékleti mezőt eredményez. A legmagasabb és legalacsonyabb hőmérséklet-különbség 170 fok, ami arra utal, hogy az alakváltozási hőmérsékletet szigorúan ellenőrizni kell, és a szerszám kialakítását optimalizálni kell.

III. Csőextrudálási kísérlet
1. Felületi minőség értékelése
A kísérlet a deformációs hőmérséklet 900 fok, az alakváltozási sebesség 0,1 s^-1 és az extrudálási sebesség 50 mm/s paramétereit használja az extrudáláshoz. Amint a 6. ábrán látható, az extrudált cső nagy egyenességgel és sima felülettel rendelkezik, de az elülső végén apró hibák vannak a hirtelen hőmérsékletesés és az instabil deformáció miatt, ami normális jelenség.

2. Szobahőmérsékletű mechanikai tulajdonságok
A szilárd oldatos öregítési kezelésnek köszönhetően a Ti-B25 titánötvözet cső kiváló szilárdság-plaszticitás illeszkedést mutat, és megfelel a hajóantenna csövek szigorú követelményeinek. Ez az eredmény igazolja a numerikus szimuláció pontosságát és a folyamatparaméterek racionalitását.