عوامل موثر بر کشش سیم های آلیاژ تیتانیوم

سیم های تیتانیوم و آلیاژ تیتانیوم به طور گسترده در زمینه های مهمی مانند اتصال دهنده های هوافضا، محصولات 3C، فریم عینک، قطعات خودرو، ابزار پزشکی و میله های جوش استفاده می شوند. به طور کلی، زمانی که قطر سیم های تیتانیوم و آلیاژ تیتانیوم 30-40% بزرگتر از اندازه محصول نهایی باشد، برای به دست آوردن محصولات سیمی با دقت ابعادی بالا از کشش سرد استفاده می شود.

فرآیند کشش سرد و کنترل ریزساختار محصول نهایی تأثیر قابل توجهی بر عملکرد سیم های تیتانیوم و آلیاژ تیتانیوم دارد. عوامل اصلی موثر بر عملکرد کشش سیم، علاوه بر دمای کشش و سرعت کشش، شامل کیفیت مواد اولیه، پارامترهای قالب، شرایط روانکاری و مسیر فرآیند کشش می باشد.

1. کیفیت مواد خام

ترکیب شیمیایی: محتوای عناصر شیمیایی اصلی و عناصر ناخالصی نباید از محدوده مجاز فراتر رود. عناصری مانند هیدروژن (H)، اکسیژن (O)، نیتروژن (N)، آهن (Fe) و سیلیکون (Si) می توانند تأثیر قابل توجهی بر تیتانیوم داشته باشند. به عنوان مثال، هیدروژن می تواند باعث شکنندگی هیدروژن در آلیاژهای تیتانیوم شود، بنابراین کنترل دقیق در طول تولید مورد نیاز است.

کیفیت سطح: سطح سیم نباید دارای عیوب مانند ترک، چین خوردگی، زخم، گوش، یا لایه برداری باشد. عیوب سطحی مانند ترک ها و چین خوردگی ها ممکن است به درجات مختلف در مواد خام ظاهر شوند. این عیوب می توانند ترک هایی را در سطح، زیر سطح یا داخل فلز ایجاد کنند که ممکن است در طول فرآیند کشش بیشتر ایجاد شود و منجر به کاهش شدید استحکام یا حتی شکستگی شود. برخلاف ترک‌ها، چین‌خوردگی‌ها به راحتی تشخیص داده نمی‌شوند، زیرا اغلب توسط لایه‌های اکسیداسیون سطحی پوشیده شده‌اند و ممکن است در طول کشیدن باقی بمانند.

2. فرآیند عملیات حرارتی

فرآیند عملیات حرارتی در طول کشش سرد عمدتاً شامل بازپخت سیم است که شامل بازپخت مواد اولیه اولیه، بازپخت میانی پس از تغییر شکل و بازپخت نهایی است. هدف از پیش تصفیه و بازپخت میانی کاهش اثرات سخت شدن کار، افزایش شکل‌پذیری و بهینه‌سازی پلاستیسیته و مناسب‌تر کردن مواد برای مرحله بعدی فرآیند کشش است.

3. ترسیم قالب ها

قالب های کشش فلزی معمولاً از کاربید سیمانی (YK6، YK8) یا مواد الماس ساخته می شوند. کاربید سیمانی از کاربید تنگستن و کبالت تشکیل شده است که کاربید تنگستن سخت و مقاوم در برابر سایش است و به عنوان ماده اسکلتی عمل می کند، در حالی که کبالت چقرمگی آلیاژ را افزایش می دهد. قالب های کاربید سیمانی به طور گسترده در کشش فلزات و سیم های آلیاژی مختلف استفاده می شود. قالب های الماس، با سختی و مقاومت در برابر سایش بالا، گران تر و پردازش آنها دشوار است، بنابراین فقط برای کشیدن سیم های ریز و بسیار ریز استفاده می شود.

بسته به شکل مقطع طولی سوراخ قالب، قالب های کششی استاندارد را می توان به دو شکل تقسیم کرد: قالب های قوسی شکل و قالب های مخروطی. نوع اول معمولاً برای سیم‌های ریز استفاده می‌شود، در حالی که قالب‌های مخروطی معمولاً برای لوله‌ها، میله‌ها و سیم‌های درشت استفاده می‌شوند. سوراخ های قالب بسته به عملکرد آنها در طول کشیدن، به طور کلی به چهار بخش تقسیم می شوند: مخروط ورودی (منطقه تغذیه + منطقه روغن کاری)، مخروط کار، منطقه اندازه و مخروط خروج.

4. فرآیند ترسیم

کاهش در هر پاس: آلیاژهای تیتانیوم شکل پذیری دمای اتاق پایینی دارند، با استحکام تسلیم نزدیک به استحکام کششی و در نتیجه نسبت تسلیم بالایی دارند. هنگام کشیدن مواد فلزی، استحکام مواد پس از خروج از قالب باید بیشتر از استحکام تسلیم مواد داخل قالب باشد تا از شکستگی سیم جلوگیری شود. بنابراین، کورکورانه به دنبال کاهش بیش از حد در هر پاس در قرعه کشی باید اجتناب شود.

کاهش کل: استحکام سیم های آلیاژ تیتانیوم با نرخ کاهش کل افزایش می یابد. این عمدتاً به این دلیل است که با افزایش مقدار تغییر شکل سرد، تکثیر نابجایی در درون دانه‌های فلز رخ می‌دهد و مقاومت ماده در برابر تغییر شکل پلاستیک را افزایش می‌دهد. این منجر به سخت شدن کار می شود که باعث افزایش نیروی شکستگی و استحکام کششی سیم می شود. با این حال، سخت کاری بیش از حد باعث کاهش چقرمگی، خمش و پیچش سیم می شود و در موارد شدید، با عملکرد خمشی بسیار کم، شکننده می شود.

سرعت کشش: سرعت کشش یک عامل حیاتی در فرآیند تولید فرآوری فلز است و تاثیر بسزایی بر عملکرد فلز تغییر شکل یافته دارد. نرخ کرنش به نرخ تغییر در تغییر شکل یا حجم جابجایی نسبی در واحد زمان اشاره دارد. آلیاژهای تیتانیوم به نرخ کرنش حساس هستند و سرعت های تغییر شکل مختلف به طور قابل توجهی بر انعطاف پذیری و عملکرد تغییر شکل آنها تأثیر می گذارد. در شرایط مشابه کشش، افزایش سرعت کشش می تواند بهره وری نیروی کار را بهبود بخشد و در مصرف انرژی صرفه جویی کند، اما باید از کیفیت سیم و صاف بودن فرآیند کشیدن اطمینان حاصل شود.