Deniz Mühendisliği için TC4 Titanyum Alaşım Borularının Mikroyapı ve Özellikleri

Soyut:
Deniz mühendisliğinde derin deniz petrol ve gaz taşımacılığı ve denizaltı iletişim kablolarının operasyonel gereksinimlerini karşılamak için, φ140 × 4 (duvar kalınlığı) × 4000 mm tipik boyutlara sahip ekstrüde edilmiş TC4 titanyum alaşım borularında bir deneme üretimi gerçekleştirildi. Amaç, boruların mikroyapı, özellikleri ve işleme teknikleri arasındaki ilişkiyi anlamak ve derin deniz mühendisliği uygulamalarında kullanılan büyük boyutlu titanyum alaşım borularının üretimi için teknik destek sağlamaktı.

giriiş

21. yüzyıl, deniz ekonomisinin sürdürülebilir kalkınma dönemi, okyanus kaynakları ekonomik büyümenin önemli bir bileşenidir. Geniş okyanuslar petrol ve gaz, metalik mineraller, jeotermal enerji ve deniz organizmaları gibi doğal kaynaklar bakımından zengindir. Açık deniz petrol, gaz ve jeotermal enerjinin ekstraksiyonu ve taşınması ve denizaltı iletişim kablolarının döşenmesi, derin deniz ekipmanının geliştirilmesi için daha yüksek talepler getirmiştir.

Titanyum alaşımları, düşük yoğunlukları, yüksek spesifik mukavemetleri ve deniz suyunda mükemmel korozyon direnci nedeniyle derin deniz ekipmanı için tercih edilen malzemelerdir.

Petrol ve gaz sondajının hızlandırılmış temposu ile, büyük çaplı sıcak ekstrüdlü titanyum alaşım borularına artan bir talep var. Bu borular esas olarak petrol kuyularında, jeotermal kuyularda ve doğal gaz boru hatlarında kullanılır. Amerika Birleşik Devletleri'nde, jeotermal ve deniz sondaj uygulamaları için φ (48-610) × 26 × 2600 mm özelliklerine sahip TC4 alaşım boruları kullanılmıştır. Bir ABD şirketi olan RMI, subsea yağı ekstraksiyonu için ultra uzun ti -3 al -2. 5V alaşım boruları (φ650 × (22-25) × 35000 mm) üretti. Norveç'te, Kuzey Denizi sondaj platformlarındaki yükselticiler için TC4eli alaşım boruları (φ600 × 25 × 15000 mm) kullanılır. Rusya'nın VSMPO şirketi, yağ ekstraksiyonu için palladyum ve rutenyum içeren alaşımların yanı sıra ti -6 al -4 v alaşım boruları üretir.

TC4 (ti -6 al -4 v) titanyum alaşımı, iyi işlem plastisitesi ve süper plastiklik ile mükemmel kapsamlı özelliklere sahiptir, bu da onu çeşitli basınç oluşturma işlemleri için uygun hale getirir. 400 derecenin altında çalışan parçalar için havacılık ve havacılık endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır ve toplam titanyum alaşım kullanımının% 50'sinden fazlasını oluşturmaktadır. Büyük çaplı titanyum alaşım boruları tipik olarak, büyük ekstrüzyon preslerinin mevcudiyetine bağlı olan sıcak ekstrüzyonu kullanılarak üretilir.

Bu çalışmada, mikroyapı, mekanik özellikler ve işleme parametreleri arasındaki ilişkiyi araştırmak için φ140 × 4 × 4000 mm boyutları olan ekstrüde TC4 titanyum alaşım borularının deneme üretimi, derin deniz uygulamaları için büyük titanyum alaşım borularının endüstriyel üretimi için zemin hazırladı.

1. Deneysel yöntem

1.1 Deney Planı

Testte, Baoji Titanium Industry Co., Ltd. tarafından üretilen TC4 titanyum alaşımlı ingotları, çift vakum sarf malzemesi arc remelting yoluyla kullandı. Ingots, ve + faz bölgelerinde φ270 mm çubuk stoku üretmek için birçok kez dövüldü, bu da daha sonra ekstrüzyon kütükleri halinde işlendi. Yüzey koruma ve yağlama için kütüklere çift kılıflı bir koruyucu tabaka uygulandı.

Ekstrüzyon, + faz bölgesinde 3150- ton yatay ekstrüzyon pres kullanılarak gerçekleştirildi. Ekstrüde tüpler çevrimiçi olarak düzeltildi ve oksit tabakası alkali asit yıkama yoluyla çıkarıldı. İç ve dış yüzeyler daha sonra bitmiş TC4 borusunu φ140 × 4 mm boyutlarına sahip işlendi. İngotların kimyasal bileşimi GB\/T 3620 standartlarına uygundur.

1.2 Ekstrüzyon oluşturma

Titanyum alaşımlarının zayıf termal iletkenliği nedeniyle, ekstrüzyon sırasında kütük yüzeyi ile çekirdek arasında önemli sıcaklık gradyanları meydana gelebilir, bu da düzgün olmayan metal akışına ve yüzeyde ilave gerilme stresine yol açabilir. Bu, şiddetli koşullar altında yüzey çatlamasına ve hatta çubuklarda veya tüplerde merkezi boşluklara neden olabilir.

Ek olarak, ekstrüzyon sırasında termal etkiler, malzemenin mikro yapısının aşırı ısınmasına neden olabilir ve nihai ürünün kalitesini tehlikeye atabilir. Bu nedenle, makul ekstrüzyon parametrelerinin seçilmesi çok önemlidir. Önceki geliştirme deneyimine dayanarak, kütükler 950 dereceye kadar ısıtıldı ve 3-10 ekstrüzyon oranı ve termal etkileri en aza indirmek ve iyi yüzey kalitesi ve mekanik özellikleri sağlamak için 50-120 mm\/s ekstrüzyon hızları benimsenmiştir. Ekstrüzyon deformasyon diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir ve son ekstrüde boru Şekil 2'de gösterilmektedir.

2. Sonuçlar ve Tartışma

2.1 Yüzey ve Boyutsal Doğruluk

Ekstrüde borunun yüzey kalitesi iyiydi ve düzlük tatmin ediciydi. İşlemden sonra, boyutlar tasarım özelliklerini karşıladı.

2.2 Mikroyapı

Ekstrüzyon, + bölgedeki faz geçiş noktasının 40-50 derece altında gerçekleştirildi. Deformasyon hızını kontrol ederek ve deformasyon sırasında aşırı sıcaklık artışını önleyerek, tipik bir + faz işlenmiş yapı elde edildi. Mikroyapı, kuvvet yönüne yönelik uzun ve sıkıştırılmış taneler gösterdi.

2.3 Mekanik Özellikler

Oda sıcaklığı mekanik özellikleri, ekstrüde edilen borulardan ve hava soğutmalı tavlamadan sonra 750 derecede 1 saat boyunca test edildi. Sonuçlar, tasarım ve uygulama gereksinimlerini karşılayarak tüm mekanik parametrelerin iyi eşleşmesini gösterdi.

3. Sonuç

Sıcak ekstrüzyon işlemi, uygun işlem parametreleri ile birleştirildiğinde, mükemmel mikroyapı ve mekanik özelliklere sahip TC4 titanyum alaşım boruları üretti.

Borular tüm tasarım spesifikasyonlarını karşılamaktadır ve denizaltı petrol ve gaz taşımacılığı boru hatlarında kullanım için uygundur.