Cum celeriter technologiae aeronauticae progressus sit, materiae metallicae aerospatiales urgentibus postulationibus obnoxiae sunt pro levitate, longa vita utili, et optima adaptabilitate ad condiciones externas. Mixturae titanii, ut nova materia levis per decennia recentiora elaborata, proprietates superiores exhibent, ut magnam vim specificam, excellentem tenacitatem, magnam tolerantiam damni, validam resistentiam corrosionis, et bonam suturabilitatem. Hae proprietates eas magni momenti fecerunt in minuendo pondere structurae aeroplanorum, augendo efficientiam structurae, et emendando firmitatem generalem, eas tamquam unam ex primariis materiis structuralibus pro aeroplanis provectis constituentes.[1–5]Mixturae titanii a generibus levi vel mediocri firmitate ad magnam firmitatem evolutae sunt, cum mixturae magnae firmitatis et magnae tenacitatis magnum momentum globale in applicationibus aeronauticis fiant — materiae ideales pro componentibus criticis onus portantibus, ut structurae aeroplanorum, partes apparatus advectionis, et connectores articulationum. Mixturae titanii magnae firmitatis et magnae tenacitatis repraesentativae, ut Ti-1023, Ti-15-3, β-C, β-21S, BT22, TC21, et Ti-5553.[6–10]late adhibitae sunt. Attamen, cum ad veras partes aerospatiales adhibentur, hae mixturae adhuc gradum firmitatis 1250 MPa excedunt.

Recentibus annis, crescente postulatione materiarum levium in industria aëronautica impulsae, instituta investigationis studia de mixturis titanii ultra-fortissimis, quorum gradus firmitatis 1300 MPa et supra sunt, perfecerunt.[11–15], ad efficientiam structuralem ulterius augendam, maiorem ponderis reductionem assequendam, salute et firmitate simul servatis, et commoda technica et oeconomica praestantia praebenda propensi.

1. Constitutio Modelorum Materialium

Hoc studium nuper elaboratam mixturam titanii ultra-fortis Ti-46531, multi-elementorum fundatam in Ti-Al-Mo-VCr-Zr, metastabilis roboratam, β-typi, adhibet, cuius compositionis nominalis (per fractionem massae) 4% Al, 5% Mo, 6% V, 3% Cr, et 1% Zr est. Accurata determinatio parametrorum physicorum Ti-46531 essentialis est ad studia simulationis numericae; ergo, parametri clavis — inter quos capacitas calorica specifica, conductivitas thermalis, et coefficiens expansionis linearis — variis temperaturis experimentaliter mensurati sunt, ut in Tabula 1 demonstratur. Tabula indicat, dum capacitas calorica specifica relative constans manet cum temperatura crescente, et conductivitas thermalis et coefficiens expansionis linearis incrementa significativa ostendere. Praeterea, materia punctum transitionis phasis ad 820°C, densitatem 4690 kg·m⁻³ ad temperaturam ambientem, et rationem Poisson 0.32 exhibet.

Experimenta compressionis temperaturae constantis et celeritatis deformationis constantis in machina probationum simulationis thermalis Gleeble-3800 peracta sunt, exemplar constitutivum pro mixtura titanii Ti-46531 in temperatura, celeritate deformationis, et magnitudine deformationis fundatum producentes. Mixturae titanii typi β typice ad temperaturas 20-50°C infra punctum transitionis phasis finguntur, cum celeritatibus deformationis ab 0.001 ad 1.0 s⁻¹ variantibus; proinde, experimenta compressionis thermalis ad temperaturas 720, 750, 780, 810, 840, 870, et 900°C cum celeritatibus deformationis 0.001, 0.01, 0.1, et 1.0 s⁻¹ peracta sunt.

Curvae verae tensionis et verae deformationis mixturae titanii Ti-46531 sub variis condicionibus deformationis in Figura 1 monstrantur. Ut illustratur, tensio rheologica cum crescente temperatura decrescit et cum crescente celeritate deformationis crescit; et celeritas deformationis et temperatura deformationis tensionem rheologicam significanter afficiunt. Eadem celeritate deformationis, tensio rheologica ad 700°C bis vel ter maior est quam ad 900°C; eadem temperatura, tensio fluxus ad celeritatem deformationis 1.0 s⁻¹ ter vel quinquies maior est quam ad 0.001 s⁻¹. Alta sensibilitas tensionis fluxus Ti-46531 ad temperaturam deformationis et celeritatem deformationis substantialiter auget difficultatem processabilitatis in fabricando.

2. Designatio Processus Fusionis

Typica structura fabricata ex mixtura titanii Ti-46531 in Figura 2 ostenditur. Pondus operis 8.0 kg est et dimensiones externas 447 mm × 117 mm × 74 mm habet. Configurationem symmetricam, sursum-imum, exhibet, plano symmetriae ut maxima superficie projectionis lineae suae fungente; ergo, hoc planum ut linea divisoria electum est. Dimensiones tolerantiae sunt hae: 5 mm in latere externo structurarum annularium ad utrumque finem, 10.5 mm pro tela centrali, et 8 mm pro omnibus aliis areis. Angulus ejectionis est 7°; radius chamfer pro sulco centrali est 20 mm, dum pro sectione prominente est 8 mm; pro omnibus aliis areis, radius chamfer est 5 mm.

Ratio processus cudendi, secundum structuram et proprietates materiae cudendi elaborata, in Figura 3 ostenditur. Modus procedendi specificus est hic: Primo, virga circularis in formam brutam seca et utrosque extremos limas; deinde formam brutam celeriter machina cudendi malleis utens forma, deinde politura ad vitia superficialia removenda; denique, pressionem semel tantum in prelo electrico cochleari 8000 tonnarum vel in prelo hydraulico 5000 tonnarum perage.

3. Simulatio et Analysis Forgiae

3.1 Simulationis Parametrorum Constitutiones

Prela cochlearia electrica et prela hydraulica ad formas complexas ex metallis difficilibus deformandis formandas vulgo adhibentur, singulae distinctas commoditates in proprietatibus formationis, methodis moderationis, et adaptabilitate processus offerentes. Ad apparatum formationis optimum pro typicis formis e mixtura titanii Ti-46531 determinandum, technicae simulationis numericae, late in formatione metallorum plasticorum adhibitae, adhibitae sunt ad processus formationis harum formationum in prelis hydraulicis et prelis cochleariis electricis per simulationes computatrales simulandos. Analysis comparativa de parametris technicis clavis — inter quae sunt effectus impletionis, campi deformationis, et campi temperaturae — peracta est ad apparatum formationis aptissimum inveniendum.

Parametrorum simulationis fabricationis in Tabula 2 configurationes simulationis in prelo cochleari electrico et prelo hydraulico essentialiter idem sunt: ​​post deformationem, fabrica iterum calefacta est temperatura initiali fabricationis 780°C; temperatura praecalefactionis formae 350°C est, et coefficiens frictionis inter fabricam et formam 0.3 est. Celeritas pressionis formae superioris in prelo hydraulico circiter 10 mm·s⁻¹ est. Ne temperatura formae nimis decrescat, typice materia insulante involvitur, quod efficit coefficiens translationis caloris inter fabricam et formam 1 N·(s·mm·°C)⁻¹. Pro prelo cochleari electrico, coefficiens translationis caloris inter formam et fabricam durante formatione 5 N·(s·mm·°C)⁻¹ est, et celeritas formationis energia inputata regitur; configurationes parametrorum motus specificae in Tabula 3 exhibentur.

3.2 Analysis Resultatorum Simulationis

Processus formationis partis fusae in Figura 4 illustratur, cum Figurae 4a et 4b processus formationis gladii brevis sub prelo hydraulico et prelo cochleari electrico respective ostendant.

Ut in Figura 4 demonstratur, lamina accurate intra formam collocatur; dum forma superior deorsum movetur, ambo fines laminae simul formam contingunt sine rigida motu, processum formationis stabilem praebentes; dum forma superior deorsum moveri pergit, superficies superior laminae gradatim cavitati formae accommodatur, omnibus partibus fabricae fere simul formatis, quo in loco fulgura formari incipit; cum pressio in formam superiorem 2 mm reducitur, fabrica omnino fulgura minima impletur et magnam usum materiae ostendit. Analysis comprehensiva processus formationis fabricae revelat minimas differentias inter processus formationis in prelis hydraulicis et prelis cochleariis electricis esse.

Distributio temperaturae partis fusae post fabricationem in Figura 5 ostenditur (linea recta positionem sectionis transversalis indicat; Figurae 5a et 5b distributiones temperaturae per formationem preli hydraulici et formationem preli cochleae electricae respective depingunt). Ut in Figura 5 demonstratur, area fulgurationis temperaturas altiores exhibet, dum temperatura superficialis inferior est cum minima variatione in centro. Per formationem preli hydraulici, minima temperatura 456°C attingit et maxima 845°C; cum per formationem preli cochleae electricae, minima temperatura 783°C est et maxima 1090°C. Comparatio distinctas temperaturarum configurationes revelat: in formatione preli hydraulici, temperatura corporis progressive ab interiore ad exteriorem decrescit, cum temperaturis superficialibus infra 732°C descendentibus et temperaturis centralibus 796°C excedentibus, praesertim inter 700–812°C concentratis; in formatione preli cochleae electricae, temperaturae per diversas regiones ascendunt — cum areis fulgurationis 885°C excedentibus et ambitu temperaturae corporis principalis inter 780–840°C existente. Summa summarum, formatio preli cochleae electricae distributionem temperaturae aequabiliorem per totam partem fabricatam efficit.

Distributio deformationis aequivalentis in opere fabricato post fabricationem in Figura 6 ostenditur (linea recta in Figura 6 positionem sectionis transversalis indicat). Figurae 6a et 6b distributiones deformationis aequivalentis per formationem preli hydraulicae et per formationem preli cochleae electricae respective illustrant. Ut in Figura 6 demonstratur, minima deformatio aequivalentis per formationem preli hydraulicae est 0.08, maxima autem 19.900; per formationem preli cochleae electricae, minima deformatio aequivalentis est 0.12 et maxima 9.070. Deformatio aequivalentis maior est in area fulgurationis et minor in superficie, cum valoribus ab 0.25 ad 0.5 in regione centrali variantibus. Distributio campi deformationis aequivalentis per formationem preli cochleae electricae uniformior est quam per formationem preli hydraulicae.

Distributio temperaturae formae inferioris in Figura 7 ostenditur, cum Figuris 7a et 7b distributiones temperaturae per formationem preli hydraulicae et formationem cochlearum electricarum per pressionem respective depingant. Ut in Figura 7 illustratur, minima temperatura formae inferioris per formationem preli hydraulicae a 349°C ad 619°C variat, dum per formationem cochlearum electricarum per pressionem a 349°C ad 448°C variat. Secundum inclinationes distributionis temperaturae, cavitas formae inferioris similes notas sub utroque modo formationis exhibet.

Temperaturae variis gradibus auctae sunt, medio incremento circiter 150°C. Dum prelum cochleare electricum formatur, augmentum temperaturae in cavitate formae inferiore limitatum erat, cum tantum localibus incrementis temperaturae circiter 100°C ad utrumque extremum cavitatis. Temperatura formae factor criticus est qui vitam utilem afficit; temperaturae nimis altae temperationem et mollitiem materiae causare, deformationem repentem accelerare, et consequenter vitam utilem abbreviare possunt. Ergo concludi potest usum preli cochlearis electrici temperaturas formae relative inferiores efficere, ita vitam utilem formae extendere.

Onera formationis partibus fabricatis applicata in Figura VIII illustrantur, ubi Figurae VIII et VIIIb curvas temporis oneris pro formatione preli hydraulici et preli cochleae electricae respective ostendunt. Ut in Figura VIII demonstratur, processus preli hydraulici 5.83 secundas duravit cum onere formationis finali 4.0 × 10⁴ kN, dum prelum cochleae electricum tantum 0.16 secundas requirebat cum onere formationis maximo 6.1 × 10⁴ kN. Quamquam tempus formationis pro prelo cochleae electrico significanter brevius est, onus formationis eius circiter L% maius est quam illud preli hydraulici.

Comparatio processuum formationis typicarum partium e mixtura titanii Ti-46531 fabricatarum in prelis hydraulicis et prelis cochleariis electricis haec ostendit: (1) Processus impletionis fere idem sunt, omnibus partibus e mixtura titanii Ti-46531 plena impletione consecutis; (2) Dum formatur in prelo cochleari electrico, campus temperaturae et distributio campi deformationis isotropicae magis uniformia sunt; (3) Propter celeritatem formationis maiorem et augmentum temperaturae formae minorem, prelum cochleare electricum longiorem vitam formae praebet. His factoribus consideratis, prelum cochleare electricum 8000 tonnarum electa est ut instrumentum probationis ad partes e mixtura titanii Ti-46531 fabricandas.

4. Resultata Experimentorum

Typica fabricatio in prelo electrico cochleari 8000 tonnarum probata est, eventubus in Figura 9 monstratis. Ut specimine physico in Figura 9 demonstratur, fabricatio plene impleta est sine ullis fissuris plicarum, validitatem eventuum simulationis confirmans.

Conclusio

(1) Per experimenta, parametri physici mixturae titanii Ti-46531 — inter quos capacitas calorica specifica, conductivitas thermalis, et coefficiens expansionis linearis — determinati sunt, et exemplar constitutivum pro Ti-46531, in temperatura, celeritate deformationis, et deformatione fundatum, constitutum est.

(2) Pars typica fabricanda et processus eius fabricandi pro mixtura titanii Ti-46531 designati sunt. Adhibita analysi simulationis numericae, processus formationis huius partis fabricandae in prelis hydraulicis et prelis cochleariis electricis comparati sunt, et optima machina fabricanda ut prelum cochleare electricum 8000 tonnarum agnita est.

(3) Experimenta ultima in prelo electrico cochleari octo milium tonnarum peracta sunt, eventibus specificationibus designi obtemperantibus; partes fusiones plenam impletionem sine vitiis ut plicatura aut fissuras ostenderunt.

翻译

搜索

复制