Bij het warmwalsen van dunne strippen in de afwerkingsgroepen van breedbandwalsmolen ontstaat er een aanzienlijke hoeveelheid contactnormale spanningen in de vervormingscentra van de werkstandplaatsen. Deze spanningen zijn vergelijkbaar met de contactnormale spanningen die optreden in de vervormingscentra van koudwalsmolens. Als gevolg hiervan hebben elastische vervormingen in het contact tussen de strip en de wals een significante invloed op de energie- en krachtparameters van het warmwalsproces van dunne strips. Dit betekent dat, net als bij koudwalsen, de berekening van de energie- en sterkteparameters van de breedband-warmwalsmolen, die zorgt voor een minimale discrepantie tussen de berekende en gemeten waarden, moet worden uitgevoerd op basis van het elastoplastische model van de stress-strain toestand van de strip in de vervormingszone.

Door gebruik te maken van de hierboven beschreven methode, met harmonische complexe functies die trigonometrische afhankelijkheden van de coördinaten van het vervormingscentrum bevatten, hebben we de normale contactspanningen en energie- en sterkteparameters van het warmwalsen berekend. Dit gebeurde met inachtneming van de resultaten van eerdere studies (secties 2.3, 2.4), waarbij de werkelijke weerstand tegen vervorming van het staal 10HFTBch werd bepaald. Om de betrouwbaarheid van de verbeterde methodologie te verifiëren, werd deze geïmplementeerd in software. Bij de implementatie werden de volgende aanvullende aannames gebruikt voor het integrale model:

(1) In het geval van onvolledige dynamische recrystallisatie tijdens de vervorming, recrystalliseert het resterende, niet-recrystalliseerde deel van de structuur volgens de kinetiek van statische recrystallisatie.
(2) Voor meervoudige vervorming komt de effectieve korrelgrootte overeen met het moment van de (i + 1)-de vervorming en wordt deze berekend volgens de mengregel:
(3) Na de i-de vervorming begint de normale korrelgroei wanneer de voorwaarde wordt vervuld.
(4) De weerstand tegen plastische vervorming bij de (i + 1)-de fase wordt berekend volgens een specifieke formule.
(5) De waarde van de warmteoverdrachtscoëfficiënt voor de strip in de lucht wordt aangenomen als 7,6 W/(m²K), de warmteoverdrachtscoëfficiënt van water dat van het bovenste oppervlak van de strip stroomt is 150 W/(m²K), en de warmteoverdrachtscoëfficiënt van de straal is 13.000 W/(m²K). De watertemperatuur in de berekeningen wordt aangenomen als 30°C, de werkelijke temperatuur van de walsoppervlakken wordt geschat op 65°C, en de zwartheid van het bovenoppervlak van de strip wordt verondersteld als 0,8. Het berekende diagram van de verandering in de gemiddelde massatemperatuur van het oppervlak en het centrum wordt weergegeven in figuur 2.53.

De ontwikkelde wiskundige model voor het berekenen van de thermische toestand van het metaal in de lijn van de afwerkingsgroep van een continue breedbandwalsmolen maakte het mogelijk om de energie- en krachtparameters van het walsen, de structuur en de eigenschappen van het staal 10HFTBch na thermoplastische vervorming te voorspellen. Meerdere recrystallisatie leidt tot een effectieve verkleining van de austenietkorrel. Het kleine korrelgrootte van de austeniet zorgt voor de vorming van een fijnkorrelige ferritische structuur, wat uiteindelijk leidt tot een afname van de grootte van de perlietkolonies die ontstaan als gevolg van de perlietreactie.

De analyse van de temperatuur- en snelheidsomstandigheden voor het walsen van strips van 2,5–3,8 mm dik toonde aan dat de decompostitie van austeniet begint in de derde en vierde stand van de afwerkingsgroep en eindigt op een terugtrekbare rollentafel. In figuur 2.54 is de verdeling van de normale contactspanningen in de afwerkingsstanden van een breedbandwalsmolen te zien, verkregen door modellering in de Deform-3D-module. Het is duidelijk dat de maximale waarden van de normale contactspanningen toenemen van 150 MPa in de vijfde stand tot 375 MPa in de tiende stand.

De resultaten van het berekenen van de energie- en sterkteparameters lieten zien dat de waarde van de walskracht binnen de toelaatbare grenzen blijft (Pmax = 13,2 MN).

Het effect van thermoplastische vervorming van warmgewalste strips, gemaakt van het laaggelegeerde staal 10HFTBch, op de microstructuur en de eigenschappen van de gewalste producten werd geproduceerd volgens de standaard walstechnologie in de continue breedband-warmwalsmolen 1680 (CBHRM 1680). De producten die in de CBHRM 1680 worden gewalst, omvatten platen en strips met een dikte van 1,5 tot 8,0 mm en een breedte van 1000–1200 mm, gemaakt van laag-koolstofstaal. Ook roestvast staal en gelegeerde staalsoorten worden gewalst met een dikte van h > 3,5 mm en een breedte B < 1300 mm.

Het beginmateriaal voor de productie van breedbandstaal zijn slabs van 120–165 mm dik, met een gewicht van 5,5 ton en een lengte van 4,5–4,7 m, waarvan banden van minder dan 2,5 mm dikte worden gewalst. De temperatuur van het slabben voor het walsen ligt meestal tussen de 1150–1300°C, afhankelijk van de chemische samenstelling en het doel van het staal. De verwarmde slabs worden naar de walsen van de verticale afschuiver en de horizontale duo-stand gebracht, gevolgd door de grove kwartslagstandplaatsen No. 1-4. De rest van de processen wordt in de tussenfase uitgevoerd, inclusief de "Coilbox" en de vliegende schaar voor het trimmen van de uiteinden van de wals.

Het totale reductiepercentage in de afwerkingsgroep bedraagt 10-30% van de totale reductie over de gehele molen. Tussen de afwerkingsstanden bevinden zich lushouders die zorgen voor de spanning van de strip tijdens het walsen. Er worden ook schaalverwijderingsapparaten gebruikt, die de temperatuur van het walsen kunnen verlagen, vooral bij dikke strips.

Bij de industriële implementatie van de resultaten van dit werk werd thermoplastische vervorming van warmgewalste strips uitgevoerd, met een dwarsdoorsnede van 2,5 mm × 1000 mm, 3,0 mm × 1180 mm, 3,6 mm × 1200 mm, en 3,8 mm × 1250 mm van laaggelegeerd staal 10HFTBch, waarvan de chemische samenstelling is aangegeven in tabel 2.1. Bij het bepalen van de technologische parameters voor het walsen werden verschillende deformatiemodus en snelheid regimes gebruikt om de controle van de werking van de aandrijfmotoren te registreren.

Wat zijn de fasen van de structuurvorming van γ-TiAl legeringen tijdens het TCP-proces?

In de ontwikkeling van γ-TiAl legeringen met specifieke structuren en eigenschappen, wordt een wiskundig model voorgesteld en geïmplementeerd, gebaseerd op gegevens van fysisch modelleren van het TCP-proces en de DEFORM-software. Het doel is het verkrijgen van een intermetaallegering met een gemiddelde korrelgrootte van ongeveer 30 μm door middel van het hoogtemperatuursyntheseproces van een poedermengsel van zuivere elementen, wat een effectief proces blijkt te zijn voor het creëren van geavanceerde materialen met specifieke mechanische eigenschappen.

Het proces van thermische compressie wordt gekarakteriseerd door vier duidelijk gedefinieerde fasen die de structuurvorming bepalen tijdens het TCP-proces. De eerste fase is de compressie van het poedermengsel van het oorspronkelijke materiaal naar het niveau van de porositeit van de structuur. Dit wordt gekarakteriseerd door de deformatie van de structuur en de herverpakking van de deeltjes, wat leidt tot een vermindering van de luchtinclusies en sluiting van macroporen. Tijdens de tweede fase van thermische zelfontbranding wordt een abrupte toename van de relatieve dichtheid waargenomen, wat wijst op zelfverstrakking van de γ-TiAl legering tijdens de synthese, waarschijnlijk onder invloed van de oppervlakte spanning van de deeltjes. Dit markeert de eerste fase van de vorming van titaniumaluminaat.

De derde fase is een vervolg op de compaction, die gepaard gaat met structurele deformatie. De drempeldichtheid van deze fase ligt tussen de 83 en 95%. In een systeem dat 39,6% Al bevat, beperkt de eerder gevormde laag de beweging van aluminiumatomen naar het titanium. Tegelijkertijd bouwt de TiAl3-laag zich op, wat leidt tot een abnormale massaverdeling van aluminium en de daaropvolgende vorming van titaniummonoaluminaat. In de vierde en laatste fase van de structuurvorming wordt de samenstelling van de intermetallische lagen gealigneerd, voornamelijk door de rekristallisatie van TiAl3 naar TiAl en de secundaire vorming van Ti3Al door de oplossing van de binnenste titaniumkern. Dit resulteert in een compactheid van 98–99% van de theoretische dichtheid, met een residuele porositeit van slechts 1–2%.

Daarnaast werd een innovatieve methode voor de productie van γ-TiAl-legeringen voorgesteld, die gebruik maakt van de fysieke modellering van thermodeformatieprocessen in de Gleeble 3800 en DEFORM-softwarecomplexen. In dit geval wordt het poedermengsel van zuiver titanium (99,8% zuiver), aluminium (99,6% zuiver) en niobium (99,8% zuiver) gemengd volgens het stoichiometrische ratio voor Ti-Al en Ti-Al-Nb-systemen, waarna het wordt samengeperst en ondergaat de verbranding in een speciale oven met beschermende atmosfeer. Dit proces biedt de mogelijkheid om een γ-TiAl-legering te verkrijgen met een gemiddelde korrelgrootte van ~30 μm, wat bijzonder voordelig is voor het verkrijgen van fijne structuren.

De invloed van thermodeformatie op de structuur en eigenschappen van intermetallische legeringen werd onderzocht met behulp van een scanning-elektronenmicroscoop. De resulterende γ-TiAl-legering bevat twee fasen: de TiAl γ-fase en de Ti3Al α2-fase, waarbij de volume-fractie van de α2-fase ongeveer 20% van de totale hoeveelheid γ-fase bedraagt. Röntgendiffractiemetingen bevestigen de aanwezigheid van zowel γ-TiAl als α2-Ti3Al in de gedetecteerde diffractogrammen, wat consistent is met eerdere studies.

De synthetische γ-TiAl-legeringen vertonen een twee-fase microstructuur met enkele microporiën, maar zonder grote poriën of scheuren. De hardheid van de legering varieert van HV 3000 tot 4000 MPa, wat aantoont dat het materiaal een hoge sterkte bezit. Microanalyse toont een uniforme en fijne verdeling van titaniumaluminaat TiAl, wat een stabiele en goed gedefinieerde structuur bevestigt. De chemische samenstelling van het γ-TiAl in verschillende gebieden werd bepaald door microröntgenspectroscopie, waarbij het percentage van titanium en aluminium in de matrix respectievelijk 57,52% en 42,13% bedraagt.

Het onderzoek toont aan dat door het gebruik van TCP-processen en thermodeformatie, het mogelijk is om een fineerlegering met een lamellaire structuur te verkrijgen, wat leidt tot de beste plasticiteit. De verkregen twee-fase structuur (γ/α2) zorgt voor uitstekende mechanische eigenschappen die ideaal zijn voor toepassingen die hoge sterkte en ductiliteit vereisen. De verdere afstemming van het proces om een optimale verhouding van de γ- en α2-fasen te verkrijgen, blijft een belangrijk onderzoekspunt, aangezien het evenwicht tussen deze twee fasen direct van invloed is op de prestaties van de legering in de eindtoepassingen.

Hoe optimaliseer je de samenstelling van γ-TiAl legeringen voor hoge temperatuurtoepassingen?

In de ontwikkeling van hittebestendige intermetallische γ-TiAl legeringen is het essentieel om een optimale samenstelling te bepalen die zowel mechanische als thermische stabiliteit biedt onder extreme omstandigheden. Een van de belangrijkste aspecten in het ontwerp van deze legeringen is de verhouding tussen verschillende elementen, zoals aluminium, niobium, molybdeen, chroom en titanium. Door numerieke optimalisatie van de samenstelling kunnen we de optimale waarden voor de verschillende componenten afleiden, wat leidt tot verbeterde prestaties van het materiaal in hoge-temperatuurtoepassingen.

Uit recente studies blijkt dat de optimale samenstelling van een γ-TiAl legering, die de mechanische eigenschappen en thermische stabiliteit maximaliseert, als volgt is: 30% aluminium, 8,3% niobium, 3,18% molybdeen, 2% chroom en de rest titanium. Dit resulteert in een formule Ti-44Al-4Nb-2Mo-1Cr. Bij deze samenstelling ligt de treksterkte in de rationele regio van de plasticiteitsfunctie, wat belangrijk is voor toepassingen waarbij zowel hoge sterkte als plastische vervormbaarheid vereist zijn.

De optimalisatie van de legeringscomponenten wordt bepaald door een aantal factoren, waaronder de bijdrage van elk element aan de mechanische sterkte, de thermische stabiliteit en de vorming van nanostructuren in het materiaal. Bijvoorbeeld, niobium speelt een cruciale rol in het verbeteren van de sterkte en stabiliteit van de γ-TiAl legeringen bij hoge temperaturen, terwijl molybdeen de weerstand tegen oxidatie en corrosie versterkt. Chroom, hoewel in kleinere hoeveelheden, draagt bij aan de thermische weerstand van de legering.

De afstemming van deze legeringen is van bijzonder belang voor toepassingen in de lucht- en ruimtevaartindustrie, waar de eisen voor materiaalperformance extreem hoog zijn. De keuze van de juiste elementen en hun proporties heeft niet alleen invloed op de mechanische eigenschappen zoals treksterkte en vermoeiingsweerstand, maar ook op de verwerkingsmogelijkheden van de materialen. Het gebruik van technieken zoals thermochemische persing (SHS), gecombineerd met compactering, speelt hierbij een sleutelrol in de productie van deze geavanceerde legeringen.

Naast de elementaire samenstelling, is het belangrijk om de verwerkingsomstandigheden in de productie van γ-TiAl legeringen te optimaliseren. Het thermo-mechanische proces, dat het verwarmen en bewerken van het materiaal omvat, heeft invloed op de uiteindelijke microstructuur van de legering. Het verkrijgen van een homogene microstructuur is essentieel voor het waarborgen van de gewenste mechanische eigenschappen, zoals de treksterkte en de plastische vervormbaarheid. Ook speelt de snelheid van het opwarm- en afkoelingsproces een rol in het verbeteren van de resultaten van de thermochemische reacties.

Een ander belangrijk aspect van de legeringstechnologie is de toepassing van numerieke modellen om het gedrag van de legeringen onder verschillende omstandigheden te simuleren. Door middel van deze modellen kan men de invloed van temperatuur, druk en andere omgevingsfactoren op de prestaties van de materialen voorspellen, wat helpt bij het optimaliseren van zowel de samenstelling als de verwerkingsomstandigheden. Dit stelt wetenschappers en ingenieurs in staat om de eigenschappen van γ-TiAl legeringen beter te begrijpen en te verbeteren, wat essentieel is voor hun gebruik in kritieke toepassingen zoals turbinebladen in vliegtuigmotoren.

De succesvolle toepassing van γ-TiAl legeringen vereist niet alleen een diepgaand begrip van de materiaaleigenschappen, maar ook de integratie van geavanceerde productie- en bewerkingstechnieken. Het vergt een multidisciplinaire benadering om zowel de chemische samenstelling als de verwerkingsparameters optimaal af te stemmen op de specifieke eisen van de toepassingen.

De voordelen van de geoptimaliseerde γ-TiAl legering liggen in de combinatie van hoge sterkte, thermische stabiliteit en goede vervormbaarheid, die gezamenlijk bijdragen aan de betrouwbaarheid en duurzaamheid van componenten die aan zware belasting en hoge temperaturen worden blootgesteld. Dit maakt γ-TiAl legeringen bijzonder geschikt voor gebruik in de luchtvaartindustrie, waar de eisen voor materiaaleigenschappen strenger zijn dan in veel andere industrieën.

Naast de hierboven besproken samenstelling en verwerkingsmethoden, is het belangrijk te begrijpen dat de keuze van legeringselementen en de wijze waarop ze worden gecombineerd direct invloed hebben op de prestaties van de uiteindelijke componenten. Het vermogen om deze materialen te produceren met de juiste microstructuur en mechanische eigenschappen is essentieel voor het verbeteren van de veiligheid en efficiëntie van high-performance systemen die in veeleisende omgevingen opereren.

Hoe kunnen we de implementatie van RBAC en Twee-factor authenticatie in FastAPI effectief beheren?
Hoe kan het begrijpen van hydrologische dynamiek door trends in de grondwaterstanden en rivierstromen bijdragen aan waterbeheer?
Hoe de Maan zijn Heden Bereikte: Vulkanisme, Kraters en de Oorsprong van de Maan
Hoe het "Magische Mijn" Veranderd in een Geheime Basis van Dieven