البنية المجهرية وخصائص أنابيب سبيكة التيتانيوم TC4 للهندسة البحرية

May 21, 2025

خلاصة:
للوفاء بالمتطلبات التشغيلية لكابلات نقل النفط والغواصة في أعماق البحار والغواصات في الهندسة البحرية ، تم إجراء إنتاج تجريبي على أنابيب سبائك التيتانيوم TC4 المقذوف مع أبعاد نموذجية من φ140 × 4 (سماكة الجدار) × 4000 مم. كان الهدف هو فهم العلاقة بين البنية المجهرية ، والخصائص ، وتقنيات المعالجة للأنابيب ، وتوفير الدعم الفني لإنتاج أنابيب سبيكة التيتانيوم ذات الحجم الكبير المستخدمة في التطبيقات الهندسية في أعماق البحار.

مقدمة

يمثل القرن الحادي والعشرين حقبة من التنمية المستدامة للاقتصاد البحري ، حيث تعد موارد المحيط عنصراً حاسماً للنمو الاقتصادي. المحيطات الشاسعة غنية بالموارد الطبيعية مثل النفط والغاز والمعادن المعدنية والطاقة الحرارية الأرضية والكائنات البحرية. وضع استخراج ونقل النفط والغاز والطاقة الحرارية الأرضية ، وكذلك وضع كابلات الاتصالات الغواصة ، مطالب أعلى على تطوير معدات أعماق البحار.

سبائك التيتانيوم هي المواد المفضلة للمعدات في أعماق البحار بسبب كثافتها المنخفضة ، وقوتها العالية المحددة ، ومقاومة التآكل الممتازة في مياه البحر.

مع وتيرة الحفر المتسارعة من النفط والغاز ، هناك طلب متزايد على أنابيب سبيكة التيتانيوم ذات القطر الكبير القطر. تستخدم هذه الأنابيب بشكل أساسي في آبار النفط والآبار الحرارية الأرضية وخطوط أنابيب الغاز الطبيعي. في الولايات المتحدة ، تم استخدام أنابيب سبائك TC4 مع مواصفات φ (48-610) × 26 × 2600 مم لتطبيقات الحفر الحرارية الأرضية والخارجية. أنتجت RMI ، وهي شركة أمريكية ، أنابيب سبيكة من سبائك 5V (φ650 × (22-25) × 35000 مم) لاستخراج الزيت تحت سطح البحر. في النرويج ، يتم استخدام أنابيب سبائك TC4ELI (φ600 × 25 × 15000 مم) للرسومات على منصات الحفر بحر الشمال. تقوم شركة VSMPO في روسيا بتصنيع سبائك بالاديوم والروثينيوم بالإضافة إلى أنابيب سبيكة لاستخراج الزيت.

TC4 (ti -6 al -4 v) تتمتع سبيكة التيتانيوم بخصائص شاملة ممتازة ، مع مرونة جيدة للعملية واللوحات الفائقة ، مما يجعلها مناسبة لعمليات تكوين الضغط المختلفة. يستخدم على نطاق واسع في صناعات الطيران والطيران لقطع الغيار التي تعمل أقل عادةً ما يتم إنتاج أنابيب سبيكة التيتانيوم ذات القطر الكبير باستخدام تقنية ناضجة من البثق الساخن والتي تتوقف على توفر مكابس البثق الكبيرة.

في هذه الدراسة ، تم إجراء إنتاج تجريبي لأنابيب سبيكة التيتانيوم TC4 المبثوقة بأبعاد φ140 × 4 × 4000 مم لاستكشاف العلاقة بين البنية المجهرية ، والخصائص الميكانيكية ، ومعلمات المعالجة ، ووضع الأساس للإنتاج الصناعي لأنابيب سبائك التيتانيوم الكبيرة.

titanium tube

1. الطريقة التجريبية

1.1 الخطة التجريبية

يستخدم الاختبار سبائك سبيكة TC4 Titanium التي تنتجها شركة Baoji Titanium Industry Co. ، Ltd. عبر Remelting Arc Arc Double Vacuum. تم تزوير سبائك عدة مرات في مناطق الطور + + لإنتاج مخزون شريط φ270 مم ، والذي تم تنشيطه بعد ذلك في بليتات البثق. تم تطبيق طبقة واقية مزدوجة القطع على المليارات لحماية السطح وتزييتها.

تم تنفيذ البثق باستخدام 3150-} ton prouse procession press in + phase region. تم تقويم الأنابيب المقذوفة عبر الإنترنت ، وتمت إزالة طبقة الأكسيد عن طريق غسيل القلويات. ثم تم تنشيط الأسطح الداخلية والخارجية للحصول على أنبوب TC4 النهائي مع أبعاد φ140 × 4 مم. يتوافق التركيب الكيميائي للبكتريا مع معايير GB\/T 3620.

1.2 تشكيل البثق

نظرًا لضعف الموصلية الحرارية لسبائك التيتانيوم ، يمكن أن تحدث تدرجات درجات الحرارة الكبيرة بين سطح البليت والأساسي أثناء البثق ، مما يؤدي إلى تدفق المعادن غير المنتظم والإجهاد الشد الإضافي على السطح. هذا يمكن أن يسبب تكسير السطح وحتى الفراغات المركزية في قضبان أو أنابيب في ظل ظروف شديدة.

بالإضافة إلى ذلك ، قد تتسبب التأثيرات الحرارية أثناء البثق في ارتفاع درجة حرارة البنية المجهرية للمادة ، مما يؤدي إلى المساس بجودة المنتج النهائي. لذلك ، فإن اختيار معلمات البثق المعقولة أمر بالغ الأهمية. استنادًا إلى تجربة التطوير السابقة ، تم تسخين المليارات إلى 950 درجة ، وتم اعتماد نسبة بثق من 3-10 وسرعات البثق من 50-120 ملم\/ثانية لتقليل التأثيرات الحرارية وضمان جودة السطح الجيدة والخصائص الميكانيكية. يظهر الشكل 1 مخطط تشوه البثق ، ويظهر الشكل 2 الأنابيب المقدمة النهائية.

2. النتائج والمناقشة

2.1 دقة السطح والأبعاد

كانت جودة السطح للأنبوب المقذوف جيدًا ، وكان الاستقامة مرضية. بعد الآلات ، حققت الأبعاد مواصفات التصميم.

2.2 البنية المجهرية

تم إجراء البثق في درجة 40-50 درجة أقل من نقطة انتقال المرحلة في منطقة +. عن طريق التحكم في معدل التشوه ومنع ارتفاع درجة الحرارة المفرطة أثناء التشوه ، تم تحقيق بنية معالجة نموذجية + طور. أظهرت البنية المجهرية الحبوب الممدودة والمضغوطة الموجهة على طول اتجاه القوة.

2.3 الخصائص الميكانيكية

تم اختبار الخصائص الميكانيكية لدرجة حرارة الغرفة على عينات من الأنابيب المغطاة بالذات وبعد تبريد الهواء في 750 درجة لمدة ساعة واحدة. أظهرت النتائج مطابقة جيدة لجميع المعلمات الميكانيكية ، وتلبية متطلبات التصميم والتطبيق.