Η ερευνητική κατάσταση και η πρόοδος της τεχνολογίας επεξεργασίας σύνθετων υλικών μήτρας τιτανίου (TiMMCs) εξετάστηκαν από τις πτυχές της παραδοσιακής μηχανικής επεξεργασίας, της επεξεργασίας σύνθετων ενεργειακών πεδίων, της επεξεργασίας σφυρηλάτησης και της κατασκευής προσθέτων. Χαρακτηριστικά των TiMMC που υποβάλλονται σε επεξεργασία με διαφορετικές τεχνικές επεξεργασίας. Στοχεύοντας στα κύρια προβλήματα της τρέχουσας έρευνας, αναμένεται η μελλοντική εξέλιξη της τεχνολογίας επεξεργασίας TiMMCs.
εικόνα
Ο ανώτερος μηχανικός σε επίπεδο ερευνητή Wang Guangping
01
προοίμιο
Το τιτάνιο και τα κράματά του χρησιμοποιούνται ευρέως στον αεροδιαστημικό, πετροχημικό, θαλάσσιο και ιατρικό τομέα λόγω των εξαιρετικών ιδιοτήτων τους, όπως η υψηλή ειδική αντοχή, η εξαιρετική αντοχή στη χημική διάβρωση και η καλή βιοσυμβατότητα [1-4]. Ωστόσο, το μέτρο του Young, η αντοχή στη φθορά και η αντίσταση στη θερμότητα των κραμάτων τιτανίου είναι χαμηλότερα από εκείνα των κραμάτων με βάση το χάλυβα και το νικέλιο, γεγονός που περιορίζει τις περαιτέρω εφαρμογές τους στους τομείς της αυτοκινητοβιομηχανίας και της αεροδιαστημικής [5-8]. Η εμφάνιση σύνθετων υλικών μήτρας τιτανίου (TiMMCs) παρέχει μια νέα εναλλακτική λύση για την αντιμετώπιση των παραπάνω προβλημάτων. Το TiMMCs είναι ένα σύνθετο υλικό που αποτελείται από τιτάνιο και τα κράματά του ως μήτρα και κεραμικά (σωματίδια, μουστάκια, κοντές ίνες και συνεχείς μακριές ίνες) ως ενισχυτική φάση (βλ. Εικόνα 1).
εικόνα
α) Συνεχή σύνθετα υλικά μήτρας τιτανίου ενισχυμένα με μακριές ίνες
εικόνα
β) Σύνθετα με βάση τιτάνιο ενισχυμένα με σωματίδια γ) Σύνθετα με βάση το τιτάνιο με μουστάκια/κοντές ίνες
Σχήμα 1 Σχηματικό διάγραμμα TiMMC με διαφορετικούς τύπους φάσεων οπλισμού
Διατηρώντας τις εξαιρετικές ιδιότητες της μήτρας, τα TiMMC μπορούν επίσης να αποκτήσουν ολοκληρωμένες ιδιότητες που δεν μπορούν να επιτευχθούν με μία μόνο φάση ή μήτρα ενίσχυσης μέσω της συμπληρωματικότητας και του συσχετισμού των ιδιοτήτων της ίνας και της μήτρας. Για παράδειγμα, η ισχύς διαρροής του σύνθετου υλικού (TiC συν Ti5Si3)/Ti που παρασκευάστηκε από τους HUO et al. [9] είναι τόσο υψηλό όσο 829 MPa, το οποίο είναι 178 τοις εκατό υψηλότερο από αυτό του καθαρού τιτανίου, ενώ διατηρεί υψηλή επιμήκυνση 8,1 τοις εκατό και έχει υψηλή αντοχή και μέτρια πλαστικότητα. Σε σύγκριση με τα πλαστικοποιημένα σύνθετα TiC/Ti, η αντοχή και η ολκιμότητα των TiMMC ενισχύονται ταυτόχρονα, με αποτέλεσμα μια εξαιρετική συνεργιστική απόδοση αντοχής-ολκιμότητας. Ο υψηλός ειδικός συντελεστής των TiMMC είναι ο κύριος παράγοντας για την προώθηση της ευρείας εφαρμογής του στην άτρακτο αεροσκαφών, ενώ η υψηλή ειδική αντοχή είναι η κινητήρια δύναμη για την προώθηση της εφαρμογής του στη βιομηχανία κινητήρων [10]. Για παράδειγμα, οι Ηνωμένες Πολιτείες πρωτοστάτησαν στη χρήση σύνθετων υλικών με βάση το τιτάνιο ενισχυμένα με σωματίδια για την κατασκευή εξαρτημάτων αεροκινητήρων. Τα ενισχυμένα με σωματίδια σύνθετα πτερύγια ρότορα με βάση το τιτάνιο που αναπτύχθηκαν από τις Ηνωμένες Πολιτείες έχουν εφαρμοστεί με επιτυχία, τα οποία όχι μόνο βελτιώνουν την απόδοση των πτερυγίων του ρότορα, αλλά και μειώνουν την αεροπορία. Το κόστος κατασκευής του κινητήρα μειώθηκε έως και 60 $,000 [11]. Η Boeing Aircraft Company των Ηνωμένων Πολιτειών έχει αναπτύξει μια σύνθετη ράβδο προσγείωσης αεροσκάφους με βάση τιτάνιο, ενισχυμένη με σωματίδια, η οποία όχι μόνο έχει σημαντική αύξηση στη θερμοκρασία λειτουργίας, αλλά και μειώνει τη μάζα κατά σχεδόν 40 τοις εκατό σε σύγκριση με εκείνη πριν από τη βελτίωση , και έχει εφαρμοστεί με επιτυχία στο αεροσκάφος Boeing 787[12] . Το Atlantic Research Center των Ηνωμένων Πολιτειών ανέπτυξε με επιτυχία ένα σύνθετο υλικό με βάση το τιτάνιο ενισχυμένο με σωματίδια για εξοπλισμό προσγείωσης ελικοπτέρων και εφαρμόστηκε με επιτυχία. Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά υλικά, το βάρος μειώνεται σημαντικά [13]. Το Γαλλικό Κέντρο Αεροναυτικής Έρευνας και η βρετανική εταιρεία Rolls-Royce χρησιμοποίησαν σύνθετα υλικά μήτρας τιτανίου ενισχυμένα με σωματίδια για την προετοιμασία των λεπίδων αεροκινητήρων και πέτυχαν επιτυχία [14, 15]. Στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας, οι απαιτήσεις για ελαφριές δομές αυξάνονται συνεχώς, γεγονός που προάγει σημαντικά την εφαρμογή των TiMMC. Η Toyota Corporation της Ιαπωνίας χρησιμοποίησε για πρώτη φορά σύνθετα υλικά BTi/Ti για βαλβίδες εξαγωγής αυτοκινήτων, βαλβίδες εξαγωγής κινητήρων αυτοκινήτων και άλλα εξαρτήματα, βαλβίδες κινητήρα κ.λπ. Η συνολική μάζα μειώνεται κατά σχεδόν 40 τοις εκατό και έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής διάρκειας ζωής και του χαμηλού κόστους [16]. Ταυτόχρονα, χώρες όπως η Ευρώπη και οι Ηνωμένες Πολιτείες άρχισαν επίσης να χρησιμοποιούν σύνθετα υλικά με βάση το τιτάνιο ενισχυμένα με σωματίδια για να αντικαταστήσουν τα παραδοσιακά χαλύβδινα υλικά για την κατασκευή κύριων εξαρτημάτων αυτοκινήτων, έτσι ώστε να μειωθεί το βάρος των αυτοκινήτων και να βελτιωθεί περαιτέρω η επιδόσεις των αυτοκινήτων [17]. Το εύρος εφαρμογής των TiMMCs φαίνεται στο Σχήμα 2.
εικόνα
Εικόνα 2 Εύρος εφαρμογής των TiMMC
Λόγω της πολυπλοκότητας της σύνθεσης των υλικών, τα TiMMC είναι πολύ πιο δύσκολα στην επεξεργασία από τα συμβατικά υλικά μηχανικής και είναι ένας νέος τύπος υλικού δύσκολα στην επεξεργασία. Εν τω μεταξύ, αν και τα TiMMCs που περιέχουν ομοιόμορφα κατανεμημένους οπλισμούς ή ασυνεχείς ενισχύσεις γενικά παρουσιάζουν υψηλότερη αντοχή, η ολκιμότητα και η σκληρότητα σε σχέση με την καθαρή μήτρα είναι αναπόφευκτα σε κίνδυνο [18]. Για παράδειγμα, ακόμη και με in-situ TiC και Ti5Si3, τα δεδομένα εφελκυσμού δείχνουν ότι η επιμήκυνση στο σπάσιμο μειώνεται απότομα από 17,2 τοις εκατό σε 1,53 τοις εκατό όταν η αύξηση της αντοχής διαρροής του σύνθετου υλικού φτάσει τα 410 MPa, γεγονός που θέτει υψηλότερες απαιτήσεις στην τεχνολογία επεξεργασίας [19 ]. Ως εκ τούτου, ο τρόπος με τον οποίο επιτυγχάνεται η επεξεργασία υψηλής απόδοσης και χαμηλής ζημιάς των TiMMC έχει γίνει ένα hotspot έρευνας στον τομέα της επεξεργασίας σύνθετων υλικών.
Οι κοινές μέθοδοι επεξεργασίας των TiMMC περιλαμβάνουν τη μηχανική κατεργασία, τη σφυρηλάτηση, τη χύτευση και την κατασκευή προσθέτων [20]. Η μηχανική κατεργασία βασίζεται στη μηχανική δύναμη για την αλλαγή του σχήματος των υλικών, τα οποία μπορούν να πραγματοποιήσουν αποτελεσματικά τη μαζική παραγωγή και την επεξεργασία κατά παρτίδες. Είναι μια από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μεθόδους ψυχρής επεξεργασίας. Μπορεί να επιτύχει διαστάσεις υψηλής ακρίβειας και απαιτήσεις ποιότητας επιφάνειας και είναι κατάλληλο για διάφορους τύπους υλικών, συμπεριλαμβανομένων των σύνθετων υλικών. επεξεργασία υλικού. Οι συνήθεις εργασίες μηχανικής κατεργασίας περιλαμβάνουν κοπή, διάτρηση, φρεζάρισμα και λείανση. Η σφυρηλάτηση, η χύτευση και η κατασκευή προσθέτων είναι τυπικές διαδικασίες θερμικής επεξεργασίας που μπορούν να βελτιώσουν τις μηχανικές ιδιότητες και τη δομή των σύνθετων υλικών [21]. Επιπλέον, κατά την επιλογή μιας κατάλληλης τεχνολογίας επεξεργασίας για την επεξεργασία των TiMMCs, είναι απαραίτητο να λαμβάνονται υπόψη τα διαφορετικά χαρακτηριστικά κάθε συστατικού στο σύνθετο υλικό, καθώς και η φθορά και η θερμική διαστολή μεταξύ του σύνθετου υλικού και του εργαλείου επεξεργασίας, προκειμένου να αποκτήστε ανταλλακτικά TiMMCs με εξαιρετική απόδοση.
Σε αυτή την εργασία, γίνεται ανασκόπηση της τρέχουσας τεχνολογίας επεξεργασίας των TiMMC και εξετάζεται η μελλοντική επεξεργασία των TiMMC, προκειμένου να παρασχεθεί θεωρητική υποστήριξη για την εφαρμογή υψηλής απόδοσης των TiMMC.
02
Μηχανουργική κατεργασία
Λόγω των περιορισμών της τεχνολογίας προετοιμασίας των TiMMC, η μηχανική κατεργασία εξακολουθεί να είναι μια απαραίτητη διαδικασία για την κατασκευή των TiMMC. Σε σύγκριση με το υλικό μήτρας, ο οπλισμός έχει υψηλότερη σκληρότητα, υψηλότερη αντοχή και πιο δύσκολη επεξεργασία και θα υπάρξουν προβλήματα όπως ο κατακερματισμός της φάσης του οπλισμού, η απομάκρυνση και η αποκόλληση κατά την επεξεργασία. Η διαδικασία κοπής των TiMMCs έχει μελετηθεί εκτενώς όσον αφορά τη βελτιστοποίηση και άλλες πτυχές.
2.1 Μηχανική κατεργασία
Με στόχο την έλλειψη συστηματικής έρευνας σχετικά με την απόδοση κοπής, όπως ο μηχανισμός φθοράς του εργαλείου, η δύναμη κοπής και οι αλλαγές θερμοκρασίας κοπής στη διαδικασία κοπής των TiMMC, ο Bian Weiliang [22] πραγματοποίησε έρευνα για την απόδοση διαφορετικών τόρνευσης εργαλείων (TiCp συν TiB w). /TC4. Διαμάντι μονοκρυστάλλου και καρβίδιο με τσιμέντο χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία υλικών. Υπό τις ίδιες συνθήκες κοπής, η διάρκεια ζωής του εργαλείου PCD είναι μεγαλύτερη. Όταν το εργαλείο μονοκρυστάλλου διαμαντιού κόβει TiMMC, η φθορά του εργαλείου προέρχεται κυρίως από το επαναλαμβανόμενο ξύσιμο της ενίσχυσης υψηλής σκληρότητας σε σχέση με το εργαλείο. Όταν κόβετε μόνο το κράμα TC4, το κράμα τιτανίου συνδέεται με το εργαλείο και η φθορά που προκαλείται από τη διάχυση των στοιχείων του υλικού επεξεργασίας στο εργαλείο είναι πιο σημαντική. Κατά την κατεργασία TiMMC με εργαλεία τσιμεντοειδούς καρβιδίου, η διάχυση και η συγκόλληση του υλικού του τεμαχίου είναι επίσης εμφανής.
Προκειμένου να διερευνηθεί περαιτέρω η επίδραση των παραμέτρων κοπής και των μεθόδων λίπανσης στα χαρακτηριστικά μηχανικής κατεργασίας, οι NIKNAM et al. [23] πραγματοποίησε πειράματα ξηρής και ημίξηρης στροφής σε σύνθετα υλικά μήτρας τιτανίου ενισχυμένα με σωματίδια (PTMC) και ανέλυσε τη δύναμη κοπής κάτω από διαφορετικές παραμέτρους κοπής. , τραχύτητα επιφάνειας και συμπεριφορά αφαίρεσης σωματιδίων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η δύναμη κοπής είναι μεγαλύτερη σε ημίξηρη κατάσταση και θα παραχθεί ένα φιλμ λιπαντικού, το οποίο εμποδίζει την ομαλή πρόοδο της κοπής.
DUONG et al. [24] μελέτησε την αρχική συμπεριφορά φθοράς του εργαλείου κατά την περιστροφή των TiMMC και διαπίστωσε ότι η φθορά είναι ο πιο σημαντικός μηχανισμός στην κοπή των TiMMC και η διάχυση και η πρόσφυση βρέθηκαν κάτω από όλες τις συνθήκες. Και μια νέα μορφή φθοράς σκληρού λεπτού στρώματος βρέθηκε στη διαδικασία μηχανικής κατεργασίας, η οποία σε αυτή την περίπτωση θα οδηγούσε σε φθορά διάχυσης και μηχανικό όγκο. Διαφορετικά από τα PTMC, τα σύνθετα υλικά μήτρας τιτανίου με συνεχείς ίνες έχουν μοναδική ανισοτροπία λόγω της συνέχειας των ινών. Προκειμένου να διευκρινιστεί ο μηχανισμός κοπής των σύνθετων υλικών μήτρας τιτανίου με συνεχείς ίνες, οι ZAN[25] et al. Η δοκιμή ορθογωνικής κοπής SiCf/Ti-6Al-4V έλαβε τη συμπεριφορά σχηματισμού τσιπ και τον μηχανισμό παραμόρφωσης του σύνθετου υλικού σε χαμηλή θερμοκρασία, θερμοκρασία δωματίου και υψηλή θερμοκρασία, και διαπίστωσε ότι σε σύγκριση με το σχηματισμό αδιαβατική ζώνη διάτμησης κατά τη διαδικασία κοπής του κράματος τιτανίου, SiCf/Ti Το πλάτος του πριονιού -6Al-4V είναι μεγαλύτερο. Το σχήμα 3 είναι ένα σχηματικό διάγραμμα κοπής εναλλασσόμενου στρώματος SiCf/Ti{-6Al-4V σε διαφορετικές θερμοκρασίες.
εικόνα
α) Κρυογονική (CT)
εικόνα
β) Θερμοκρασία δωματίου (RT)
Εικ.3 Διάγραμμα κοπής εναλλασσόμενων στρωμάτων σύνθετων υλικών μήτρας τιτανίου ενισχυμένων με ίνες σε διαφορετικές θερμοκρασίες
2.2 Τρίψιμο
Η λείανση βασίζεται σε πολλούς λειαντικούς κόκκους στην επιφάνεια του τροχού λείανσης για την ταυτόχρονη κοπή του τεμαχίου εργασίας για την αφαίρεση υλικού, το οποίο είναι κατάλληλο για κατεργασία ακριβείας και εξαιρετικής ακρίβειας υλικών. Οι DING et al. [26, 27] καθιέρωσε ένα τρισδιάστατο μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων της διαδικασίας λείανσης προκειμένου να κατανοηθεί η συμπεριφορά αφαίρεσης υλικού του TiCp/Ti-6Al-4V κατά τη διάρκεια συμβατικής λείανσης και λείανσης υψηλής ταχύτητας, και με βάση το μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων, συζήτησε τη συμπεριφορά αφαίρεσης υλικού. Η συμπεριφορά αφαίρεσης και η επίδραση της ταχύτητας λείανσης στον σχηματισμό χαρακτηριστικών της επεξεργασμένης επιφάνειας (βλ. Εικόνα 4). Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η συμπεριφορά αφαίρεσης υλικού κατά τη λείανση του TiCp/Ti-6Al-4V μπορεί να χωριστεί σε όλκιμη αφαίρεση υλικού μεταλλικής μήτρας και εύθραυστη αφαίρεση σωματιδίων ενισχυμένων με TiC. Ομοίως, οι LIU et al. [28] κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η αφαίρεση υλικού σε λείανση υψηλής ταχύτητας PTMC μπορεί να χωριστεί σε τέσσερα στάδια: πλαστική αφαίρεση της μήτρας κράματος, έναρξη ρωγμής σε ενισχυμένα σωματίδια, διάδοση ρωγμών σε ενισχυμένα σωματίδια και εύθραυστη αστοχία ενισχυμένων σωματιδίων. Σε σύγκριση με την ταχύτητα λείανσης, το μη παραμορφωμένο πάχος του τσιπ έχει μεγαλύτερη επίδραση στον σχηματισμό ελαττωμάτων της κατεργασμένης επιφάνειας. Σε αυτή τη βάση, οι LI et al. Το [29, 30] μελέτησε την απόδοση λείανσης ενός επιμεταλλωμένου τροχού λείανσης CBN μονής στρώσης και του τροχού λείανσης CBN για PTMC (βλ. Εικόνα 5). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο τροχός λείανσης CBN μονής στρώσης είναι πιο κατάλληλος από τον ηλεκτρολυμένο τροχό λείανσης για λείανση υψηλής ταχύτητας PTMC. Οι Liu Chaojie et al. [31] ανέλυσε το μοντέλο δύναμης λείανσης της πλευρικής λείανσης PTMC μέσω προσομοίωσης. Κατά την αφαίρεση της μήτρας, η διακύμανση της δύναμης λείανσης είναι κανονική. Κατά την αφαίρεση των ενισχυμένων με TiC σωματίδια, θα εμφανιστούν ρωγμές και θα επεκταθούν στην επιφάνεια του υλικού. Υπάρχουν επίσης τεράστια τσιπ που αφαιρούνται στην επιφάνεια και η διακύμανση της δύναμης λείανσης στην περιοχή όπου αφαιρούνται τα ενισχυμένα σωματίδια είναι μεγάλη. Επιπλέον, η κανονική και η εφαπτομενική δύναμη λείανσης αυξάνονται και οι δύο με την αύξηση του πάχους ενός λειαντικού τσιπ.
εικόνα
α) Προσομοίωση PTMC συνήθους λείανσης
εικόνα
β) Αποτελέσματα δοκιμής συνηθισμένων PTMC λείανσης
εικόνα
γ) Προσομοίωση PTMC λείανσης υψηλής ταχύτητας
εικόνα
δ) Πειραματικά αποτελέσματα άλεσης υψηλής ταχύτητας PTMC
Εικ. 4 Αποτελέσματα προσομοίωσης και δοκιμής συμπεριφοράς αφαίρεσης PTMC σε διαφορετικές ταχύτητες
(έναντι =3m/min, ap=0,010 mm)
εικόνα
α) Τρίψιμο με ηλεκτρολυμένο τροχό λείανσης CBN
εικόνα
β) Τρίψιμο με συγκολλημένο τροχό λείανσης CBN
Σχήμα 5 Σύγκριση ηλεκτρολυμένου τροχού λείανσης CBN και συγκολλημένου τροχού λείανσης CBN για λείανση PTMC
03
Επεξεργασία σύνθετου ενεργειακού πεδίου
Η λείανση με υποβοήθηση κραδασμών με υπερήχους είναι μια τεχνολογία σύνθετης επεξεργασίας που εισάγει τους κραδασμούς υπερήχων στην παραδοσιακή τεχνολογία λείανσης για τη μείωση της θερμοκρασίας κοπής και τη βελτίωση της ποιότητας λείανσης. Στη μηχανική κατεργασία με υποβοήθηση κραδασμών με υπερήχους, η κατάσταση επαφής μεταξύ του εργαλείου και του τεμαχίου εργασίας αλλάζει λόγω κραδασμών υψηλής συχνότητας και το εργαλείο και το τεμάχιο εργασίας βρίσκονται σε διαλείπουσα επαφή, συνοδευόμενη από φαινόμενα σπηλαίωσης και κρούσεις υψηλής συχνότητας, έτσι ώστε η επαφή μεταξύ το τεμάχιο εργασίας και το εργαλείο Η δύναμη τριβής μειώνεται, μειώνοντας έτσι τη θερμότητα κοπής και τη δύναμη κοπής και μπορεί να αυξήσει τη διάρκεια ζωής του εργαλείου και να βελτιώσει την ποιότητα επεξεργασίας. Η τεχνολογία κατεργασίας με υποβοήθηση κραδασμών με υπερήχους έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε δύσκολα στη μηχανή υλικά όπως κράματα με βάση το νικέλιο, TiMMC και σύνθετα κεραμικής μήτρας.
Οι WU et al. [32] πραγματοποίησε μια αξονική δοκιμή λείανσης με υποβοήθηση κραδασμών με υπερήχους σε PTMC και διαπίστωσε ότι υπό τη δράση υπερήχων, η τροχιά κοπής των λειαντικών κόκκων αυξάνεται και οι λειαντικοί κόκκοι πιέζουν επανειλημμένα την επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας για να μειώσουν την τραχύτητα της επιφάνειας αξία. YUE et al. [33] διεξήγαγε τη δοκιμή λείανσης με υποβοήθηση κραδασμών με υπερήχους μονού λειαντικού κόκκου PTMC, συνέκρινε την επίδραση της συνηθισμένης λείανσης και της λείανσης με υπερήχους στον ρυθμό αφαίρεσης υλικού σε διαφορετικές ταχύτητες λείανσης και διαφορετικούς ρυθμούς τροφοδοσίας και καθιέρωσε το υπερηχητικό μοντέλο πάχους κοπής ενός Ο μόνος λειαντικός κόκκος κάτω από τη δράση δείχνει ότι η υπερηχητική δόνηση είναι πιο πιθανό να προκαλέσει μικροσπάσιμο των λειαντικών κόκκων, γεγονός που μπορεί να ενημερώνει συνεχώς την κατάσταση της κοπτικής ακμής και να διατηρεί την ευκρίνεια των λειαντικών κόκκων ανά πάσα στιγμή. ZHAO et al. [34] χρησιμοποίησε μια αυτο-κατασκευασμένη πλατφόρμα ακτινωτών κραδασμών (βλ. Εικόνα 6) για τη διεξαγωγή μιας δοκιμής λείανσης με υποβοήθηση κραδασμών με υπερήχους σε PTMC και τη συνέκρινε με τη συνηθισμένη δοκιμή λείανσης. Σε σύγκριση με τη συνηθισμένη λείανση, η λείανση με τη βοήθεια κραδασμών υπερήχων μπορεί να μειώσει τη θερμοκρασία λείανσης κατά 24,2 τοις εκατό σε 51,8 τοις εκατό, και ταυτόχρονα, ο ρυθμός αφαίρεσης υλικού μπορεί να αυξηθεί κατά 2,8 φορές.
εικόνα
Εικόνα 6 Πλατφόρμα υπερήχων ακτινικής δόνησης και συσκευή μέτρησης κραδασμών
BEIJANI et al. [35] χρησιμοποίησε μηχανική υποβοήθηση με λέιζερ (LAM) για να επεξεργαστεί TiMMC για πρώτη φορά με βάση την παραδοσιακή στροφή (βλ. Εικόνα 7). Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι σε σύγκριση με τη συμβατική μηχανική κατεργασία, αν και η τιμή τραχύτητας επιφάνειας του τεμαχίου εργασίας αυξάνεται κατά 15 τοις εκατό, ο συνολικός όγκος κοπής του εργαλείου LAM αυξάνεται κατά 180 τοις εκατό και η διάρκεια ζωής του εργαλείου βελτιώνεται αποτελεσματικά, γεγονός που αποδίδεται στη μεταφορά σωματίδια στη μήτρα και όχι θραύση.
εικόνα
α) Σχηματικό διάγραμμα
εικόνα
β) Πραγματική συσκευή
Εικόνα 7 Συσκευή δοκιμής επεξεργασίας με λέιζερ
04
Επεξεργασία Κατασκευής Πρόσθετων
Η τεχνολογία κατασκευής προσθέτων λέιζερ μπορεί να κατασκευάσει άμεσα πολύπλοκα δομικά μέρη, παρουσιάζοντας μεγάλες προοπτικές εφαρμογής στην κατασκευή TiMMC. BANERJEE et al. [36] επεξεργάστηκε επιτυχώς τα σύνθετα υλικά TiB/TC4 χρησιμοποιώντας τεχνολογία επεξεργασίας στερεομορφοποίησης λέιζερ (LENSTM) και χρησιμοποίησε ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης και ηλεκτρονική μικροσκοπία μετάδοσης για να χαρακτηρίσει λεπτομερώς τη μικροδομή των σύνθετων υλικών που εναποτέθηκαν. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μέθοδος που παρασκευάστηκε Η σύνθετη μικροδομή TiB/TC4 είναι σημαντικά εκλεπτυσμένη και είναι θερμοδυναμικά σταθερή. Ομοίως, οι GU et al. [37] χρησιμοποίησε επιλεκτική τήξη λέιζερ (SLM) για την επεξεργασία της παρασκευασμένης σύνθετης σκόνης TiC/Ti και έλαβε σύνθετα μήτρας TiAl3 (κύρια φάση) και Ti3AlC2 (δευτερεύουσα φάση) ενισχυμένα με σωματίδια TiC. Παρά την ελαφρά ανάπτυξη κόκκων σε σχέση με την αλεσμένη σκόνη, το επεξεργασμένο με SLM σύνθετο εξακολουθεί να παρουσιάζει λεπτή μικροδομή. [38] χρησιμοποίησε τεχνολογία επεξεργασίας λέιζερ άμεσης εναπόθεσης μετάλλων (DMD) για την παρασκευή PTMC που περιέχουν διαφορετικά κλάσματα όγκου (TiB συν TiC) από πρώτες ύλες σκόνης που αποτελούνται από προ-κράμα (Ti{12}}Al-4V συν B4C ) μείγματα σκόνης. Μηχανικές μελέτες έχουν δείξει ότι σε βαθμό 20-600, η σκληρότητα Vickers των ενισχυμένων με σωματίδια TiMMC που περιέχουν B4C αυξάνεται κατά 10 τοις εκατό -15 τοις εκατό και το μέτρο του Young αυξάνεται κατά 10 τοις εκατό . Η παρασκευή των TiMMCs με τεχνολογία επεξεργασίας λέιζερ DMD φαίνεται στο Σχήμα 8.
εικόνα
Εικ.8 Σχηματικό διάγραμμα TiMMCs που παρασκευάστηκε με τεχνολογία επεξεργασίας λέιζερ DMD
05
Σφυρηλάτηση
Η σφυρηλάτηση μπορεί να εξαλείψει τα χαλαρά ελαττώματα των υλικών κατά τη διαδικασία τήξης, να βελτιώσει αποτελεσματικά τη μικροδομή και να αποκτήσει σφυρηλάτηση υψηλής ποιότητας που ταιριάζουν με τη δομή και την απόδοση.
Σχετικοί ξένοι μελετητές έχουν μελετήσει την επίδραση της θερμής σφυρηλάτησης στη μικροδομή και τις ιδιότητες εφελκυσμού των σύνθετων υλικών μήτρας Ti-TiB. Μελέτες έχουν δείξει ότι η επιμήκυνση θερμοκρασίας δωματίου των σφυρηλατημένων σύνθετων Ti-13.3B και Ti-7B φτάνει το 6,1 τοις εκατό και το 5,2 τοις εκατό, αντίστοιχα, και οι ιδιότητες του υλικού βελτιώνονται αποτελεσματικά. Ο εγχώριος μελετητής Hu Jiarui et al. [39] σφυρήλατα PTMC από πυροσυσσωματωμένο TiC δημιουργήθηκαν in situ και τα δομικά ελαττώματα των PTMC μετά τη σφυρηλάτηση εξαλείφθηκαν, έλαβε χώρα δυναμική ανακρυστάλλωση και βελτιώθηκαν οι μηχανικές ιδιότητες σε θερμοκρασία δωματίου. Η μορφολογία SEM θραύσης εφελκυσμού των TiMMC ενισχυμένων με σωματίδια TiC φαίνεται στο Σχ. 9. Ταυτόχρονα, λόγω της βελτιωμένης δομής μήτρας, βελτιώνεται η αντίσταση στη φθορά των PTMC μετά τη σφυρηλάτηση. ίδιο
[40] συνέκρινε και ανέλυσε τις μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων υλικών 5 τοις εκατό (TiB συν TiC)/Ti-1100. Σε 500-650 βαθμό , το χυτό σύνθετο υλικό ήταν εύθραυστο θραύση και το σφυρηλατημένο σύνθετο υλικό ήταν όλκιμο και η αντοχή και η επιμήκυνση του σύνθετου υλικού μετά τη σφυρηλάτηση είναι σημαντικά αυξημένες.
εικόνα
α) Ποσυσσωμάτωση (ρωγμές που διαπερνούν τη μήτρα) β) Ποσυσσωμάτωση (διακοκκώδεις ρωγμές και ρωγμές κόκκων
εικόνα
γ) -σφυρηλάτηση δ) ( συν )-σφυρηλάτηση
Εικ. 9 Μορφολογία SEM με εφελκυστικό κάταγμα των TiMMCs ενισχυμένη από σωματίδια TiC
06
συμπέρασμα
Λόγω της παρουσίας ενισχυτικών φάσεων, τα TiMMCs παρουσιάζουν διαφορετικές μηχανικές ιδιότητες και μηχανισμούς επεξεργασίας από τα παραδοσιακά κράματα τιτανίου. Κοιτάζοντας το μέλλον, η επεξεργασία των TiMMC θα αναπτυχθεί στις ακόλουθες πτυχές.
(1) Βελτίωση τεχνολογίας επεξεργασίας Η τεχνολογία επεξεργασίας των TiMMC θα βελτιώνεται συνεχώς για τη βελτίωση της αποδοτικότητας της παραγωγής και της ποιότητας των προϊόντων. Θα αναπτυχθούν νέα εργαλεία κοπής και μέθοδοι επεξεργασίας για τη μείωση των κοπτικών δυνάμεων και της φθοράς των εργαλείων και για την πραγματοποίηση της συνεργιστικής αφαίρεσης των ετερογενών εξαρτημάτων του TiMMC.
(2) Συνδυασμός πολλαπλών τεχνολογιών επεξεργασίας Τα TiMMC έχουν κακή πλαστικότητα σε θερμοκρασία δωματίου και η ολοκληρωμένη επεξεργασία των TiMMC με τη χρήση διαφόρων μεθόδων θερμικής επεξεργασίας όπως η υπερπλαστική παραμόρφωση υψηλής θερμοκρασίας, η θερμή σφυρηλάτηση και η θερμή παραμόρφωση εξώθησης μπορεί να μεγιστοποιήσει τη δυνατότητα εφαρμογής των TiMMC σε διάφορα χωράφια.
(3) Ανάπτυξη νέου υλικού Με την πρόοδο της επιστήμης και της τεχνολογίας, θα αναπτυχθούν νέα TiMMC με υψηλότερη απόδοση και ευρύτερα πεδία εφαρμογής. Για παράδειγμα, τα νανο-TiMMC, τα πολυλειτουργικά TiMMC και τα ανθεκτικά σε υψηλή θερμοκρασία TiMMC θα προωθήσουν περαιτέρω την ανάπτυξη των TiMMC.
(4) Αειφορία και προστασία του περιβάλλοντος Η αειφορία και η προστασία του περιβάλλοντος θα αποτελέσουν βασικά ζητήματα κατά την επεξεργασία των TiMMC. Η ανάπτυξη πιο φιλικών προς το περιβάλλον μεθόδων επεξεργασίας, η ανακύκλωση απορριμμάτων σύνθετων υλικών και η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας θα είναι η μελλοντική κατεύθυνση ανάπτυξης.
(5) Τα TiMMC εφαρμογών πολλαπλών πεδίων θα εφαρμοστούν σε περισσότερα πεδία. Εκτός από τις υπάρχουσες βιομηχανίες αεροδιαστημικής και αυτοκινητοβιομηχανίας, οι τομείς της ιατρικής, της ενέργειας και των κατασκευών θα συνεχίσουν επίσης να διερευνούν τις δυνατότητες εφαρμογής των TiMMC.
