אופטימיזציה של תהליך וניתוח ביצועים של שחול צינורות מסגסוגת טי-B25 Ti-B25
על מנת להאיץ את היישום של סגסוגת טיטניום Ti-B25 במערכות תקשורת אוניות, מחקר זה השתמש בתוכנת DEFORM-3D אלמנטים סופיים כדי לדמות את תהליך שחול הצינור בתנאים של טמפרטורת דפורמציה של 900 תואר וקצב מתח של 0.1 s^-1 בהתבסס על המשוואה המכוננת שנקבעה בשלב המוקדם ופרמטרי התהליך שעברו אופטימיזציה על ידי דיאגרמת העבודה החמה, ואומתו אותה באמצעות ניסויי אקסטרוזיה בפועל. התוצאות מראות כי בתנאי תהליך זה, בילט צינור מסגסוגת טיטניום Ti-B25 בקוטר של 62 מ"מ × 12 מ"מ הופץ בהצלחה, עם איכות פני השטח מעולה וגרגירי גיבוש מחדש במבנה. לאחר טיפול התיישנות בתמיסה ב-830 מעלות / שעה + 600 מעלות /8 שעות, הצינורית הראתה התאמת חוזק-פלסטיות מצוינת, שעמדה במלואה בדרישות השימוש של צינורות אנטנה של ספינה.
I. בניית מודל אלמנט סופי
1. דגם גיאומטרי
איור 1 מציג דיאגרמה סכמטית של הבילט המחולץ והמתווה. המודל התלת מימדי של הבילט, צילינדר האקסטרוזיה ומוט האקסטרוזיה נבנה באמצעות תוכנת SolidWorks והומר לקובץ STL שניתן לזהות על ידי תוכנת DEFORM-3D.
על מנת לשפר את יעילות החישוב, רק 1/4 מהצינור היה מרושת דק (ראה איור 2) כדי להבטיח את הדיוק וההתכנסות של תהליך הסימולציה.
2. מודל מכונן
בהתבסס על המחקר הקודם על התנהגות דפורמציה בטמפרטורה גבוהה של סגסוגת טיטניום Ti-B25, סימולציה זו משתמשת במשוואה מכוננת ספציפית (הנוסחה הספציפית הושמטה כאן ומוצגת בצורת תמונה), המתארת במדויק את ההתנהגות הראוולוגית של החומר בטמפרטורות ובקצבי עקה שונים.
3. הגדרת פרמטר
על פי דיאגרמת העיבוד התרמי של סגסוגת טיטניום Ti-B25, טמפרטורת העיוות נבחרה כ-900 מעלות וקצב המתח הוא 0.1 s^-1 . במקביל, מקדם החיכוך בין הבילט לקובייה מוגדר ל-0.3 והמוליכות התרמית מוגדרת ל-5. תהליך הסימולציה משתמש בגודל צעד של 0.5 מ"מ, סך הכל 600 שלבים, והנתונים נשמרים כל 2 שלבים כדי להבטיח את ממצות תוצאות הסימולציה.
II. תוצאות סימולציה וניתוח
1. ניתוח שדה מתח
איור 3 מציג את התפלגות שדה הלחץ של צינורות סגסוגת טיטניום Ti-B25 בשלבים שונים במהלך תהליך ההשחול. בשלב מוקדם, הלחץ הגדול מתרכז בראש ובזנב הצינור; ככל שהשחול מתקדם, הלחץ גדל באופן משמעותי לאחר שהקצה הקדמי נכנס לחבית האקסטרוזיה, והלחץ משתחרר במהירות לאחר מעבר דרך חגורת המידה. המתח המקביל המקסימלי ממשיך להופיע ברדיוס של קנה האקסטרוזיה.
2. ניתוח שדות זן
איור 4 חושף את השינויים בשדה המתח במהלך תהליך האקסטרוזיה. המתח הראשוני קטן, וככל שהצינור עובר דרך חגורת המידה, המתח גדל בחדות, במיוחד ברדיוס של חגורת המידה, שקל ליצור אזור מת דפורמציה, ויש להקדיש תשומת לב מיוחדת.
3. ניתוח שדה טמפרטורה
איור 5 מציג את התפלגות שדה הטמפרטורה במהלך תהליך האקסטרוזיה. בשלב מוקדם, פני השטח של הצינור מתקררים עקב חילופי חום, וחלק העיוות מתחמם עקב הפיכת עבודת דפורמציה פלסטית לאנרגיית חום, וכתוצאה מכך שדה טמפרטורה לא אחיד רציני. הפרש הטמפרטורות הגבוה והנמוך ביותר הוא 170 מעלות, מה שמצביע על כך שיש לשלוט בקפדנות על טמפרטורת העיוות ולבצע אופטימיזציה של עיצוב התבנית.
III. ניסוי שחול צינור
1. הערכת איכות פני השטח
הניסוי משתמש בפרמטרים של טמפרטורת דפורמציה 900 מעלות, קצב מתח 0.1 s^-1 ומהירות שחול 50 מ"מ/שניה לשחול. כפי שמוצג באיור 6, לצינור המחול יש ישרות גבוהה ומשטח חלק, אך ישנם פגמים קלים בקצה הקדמי עקב ירידה פתאומית בטמפרטורה ועיוות לא יציב, שזו תופעה נורמלית.
2. תכונות מכניות בטמפרטורת החדר
באמצעות טיפול יישון בפתרון מוצק, צינור סגסוגת טיטניום Ti-B25 מציג התאמת חוזק-פלסטיות מעולה, ועומד בדרישות המחמירות של צינורות אנטנה של ספינה. תוצאה זו מאמתת את הדיוק של סימולציה מספרית ואת הרציונליות של פרמטרים של תהליך.
