TC4 titaansulamist torude mikrostruktuur ja omadused meretehnika jaoks

Kokkuvõte:
Süvamere nafta- ja gaasitranspordi ning allveelaevade kommunikatsioonikaablite operatiivnõuete täitmiseks viidi läbi proovitoodang välja pressitud TC4 titaansulamist torudes, mille tüüpilised mõõtmed φ140 × 4 (seina paksus) × 4000 mm. Eesmärk oli mõista seoseid torude mikrostruktuuri, omaduste ja töötlemise tehnikate vahel ning pakkuda tehnilist tuge sügava mere insenerirakendustes kasutatavate suuremahuliste titaansulamist torude tootmiseks.

Sissejuhatus

21. sajand tähistab meremajanduse säästva arengu ajastut, kusjuures ookeaniressursid on majanduskasvu oluline komponent. Suured ookeanid on rikkad loodusvarade poolest nagu nafta ja gaas, metallilised mineraalid, geotermiline energia ja mereorganismid. Nafta, gaasi ja geotermilise energia ekstraheerimine ja transportimine, samuti allveelaevade kommunikatsioonikaablite paigaldamine on seadnud suuremad nõudmised süvamere seadmete väljatöötamisel.

Titaansulamid on sügava mere seadmete eelistatud materjalid nende madala tihedusega, suure spetsiifilise tugevuse ja merevee suurepärase korrosioonikindluse tõttu.

Nafta ja gaasi puurimise kiirendatud tempoga on kasvav nõudlus suure läbimõõduga kuuma välja kirjutatud titaansulamist torude järele. Neid torusid kasutatakse peamiselt naftakaevudes, geotermilistes süvendites ja maagaasitorustikes. Ameerika Ühendriikides on geotermiliste ja avamere puurimisrakenduste jaoks kasutatud TC4 sulamist torusid, mille spetsifikatsioon on φ (48–610) × 26 × 2600 mm. RMI, USA ettevõte, on tootnud üliakese Ti -3 al -2. 5V sulamist torud (φ650 × (22–25) × 35000 mm) veealuse õli ekstraheerimiseks. Norras kasutatakse Põhjamere puurimisplatvormidel püstikute jaoks TC4eli sulamist torusid (φ600 × 25 × 15000 mm). Venemaa VSMPO ettevõte toodab Palladium- ja Rutheniumit sisaldavaid sulameid, aga ka ti -6 al -4 v sulami torusid õli ekstraheerimiseks.

TC4 (ti -6 al -4 v) Titaniumsulamil on suurepärased põhjalikud omadused, hea protsessi plastilisuse ja ülplastikulisusega, muutes selle sobivaks erinevateks rõhu moodustamisprotsessideks. Seda kasutatakse laialdaselt kosmose- ja lennundustööstuses osade jaoks, mis tegutsevad alla 400 kraadi ja moodustab enam kui 50% kogu titaansulami kasutamisest. Suure läbimõõduga titaansulamist torusid toodetakse tavaliselt kuuma ekstrusiooni abil-küpset tehnoloogiat, mis sõltub suurte ekstrusioonipresside kättesaadavusest.

Selles uuringus viidi läbi ekstrudeeritud TC4 titaansulamist torude mõõtmetega φ140 × 4 × 4000 mm, et uurida mikrostruktuuri, mehaaniliste omaduste ja töötlemisparameetrite vahelist seost, pannes aluse sügavate titaansulami torude tööstusliku tootmise aluseks.

1. Eksperimentaalne meetod

1.1 Katseplaan

Test kasutas Baoji Titanium Industry Co., Ltd., topeltvaakumitarvete kaare Remingu kaudu toodetud TC4 titaanisulami valuplokke. Valuplokid sepistati mitu korda ja + faasipiirkondades, et saada φ270 mm ribavaru, mis seejärel mehaati väljapressimise kangideks. Pinnakaitse ja määrimise jaoks kanti kangidele topeltkesta kaitsekiht.

Väljapressimine viidi läbi, kasutades 3150- tonni horisontaalset ekstrusiooni nuppu + faasi piirkonnas. Väljapressifitseeritud torud sirgendati veebis ja oksiidikiht eemaldati leelisehappe pesemise teel. Seejärel töödeldati sise- ja välimisi pindu, et saada valmis TC4 toru mõõtmetega φ140 × 4 mm. Värskede keemiline koostis vastab GB\/T 3620 standarditele.

1.2 Ekstrusiooni moodustamine

Titaansulamite halva soojusjuhtivuse tõttu võivad ekstrusiooni ajal tekkida märkimisväärsed temperatuurigradiendid, põhjustades pinnale ebaühtlase metalli voolu ja täiendava tõmbepinge. See võib põhjustada raskes tingimustes varraste või torude pinna pragunemist ja isegi keskseid tühikuid.

Lisaks võivad termilised mõjud ekstrusiooni ajal põhjustada materjali mikrostruktuuri ülekuumenemist, ohustades lõpptoote kvaliteeti. Seetõttu on mõistlike ekstrusiooniparameetrite valimine ülioluline. Varasema arenduskogemuse põhjal kuumutati kangid 950 kraadi ja ekstrusioonisuhe 3–10 ja ekstrusiooni kiirust 50–120 mm\/s võeti kasutusele, et minimeerida termilisi efekte ning tagada heade pinna kvaliteedi ja mehaaniliste omaduste tagamine. Ekstrusioonide deformatsiooniskeem on näidatud joonisel 1 ja lõplik väljapressitud toru on näidatud joonisel 2.

2. tulemused ja arutelu

2.1 Pinna ja mõõtmete täpsus

Ekstrudeeritud toru pinnakvaliteet oli hea ja sirge oli rahuldav. Pärast töötlemist vastasid mõõtmed disaini spetsifikatsioonidele.

2.2 mikrostruktuur

Väljapressimine viidi läbi 40–50 kraadi alla + piirkonna faasi üleminekupunkti. Deformatsiooni kiiruse kontrollimisel ja temperatuuri liigse tõusu vältimisel deformatsiooni ajal saavutati tüüpiline + faasi töödeldud struktuur. Mikrostruktuuril oli piklikud ja surutud terad, mis olid orienteeritud mööda jõu suunas.

2.3 Mehaanilised omadused

Toatemperatuuril mehaanilisi omadusi testiti AS-i eksklusiivsete torude proovidel ja pärast õhujahutusega lõõmutamist 750 kraadi juures 1 tund. Tulemused näitasid kõigi mehaaniliste parameetrite head sobitamist, mis vastab projekteerimis- ja rakendusnõuetele.

3. Kokkuvõte

Kuum ekstrusiooniprotsess, kui seda kombineeriti sobivate protsessiparameetritega, tekitas TC4 titaansulamist torud suurepärase mikrostruktuuri ja mehaaniliste omadustega.

Torud vastavad kõigile disaini spetsifikatsioonidele ja sobivad kasutamiseks veealuste nafta- ja gaasitranspordi torustikes.