ความก้าวหน้าในการวิจัยเทคโนโลยีการประมวลผลของคอมโพสิตไทเทเนียมเมทริกซ์

สถานะการวิจัยและความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการประมวลผลของคอมโพสิตเมทริกซ์ไททาเนียม (TiMMCs) ได้รับการตรวจสอบจากแง่มุมของการประมวลผลเชิงกลแบบดั้งเดิม การประมวลผลสนามพลังงานคอมโพสิต การแปรรูปโลหะปลอม และการผลิตสารเติมแต่ง ลักษณะของ TiMMC ที่ประมวลผลด้วยเทคนิคการประมวลผลที่แตกต่างกัน มุ่งเป้าไปที่ปัญหาหลักในการวิจัยปัจจุบัน มีแนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยีการประมวลผล TiMMCs ในอนาคต

รูปภาพ
วิศวกรอาวุโสระดับนักวิจัย Wang Guangping

01

คำนำ
ไททาเนียมและโลหะผสมของไททาเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการบินและอวกาศ ปิโตรเคมี ทางทะเล และการแพทย์ เนื่องจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม เช่น ความแข็งแรงจำเพาะสูง ความทนทานต่อการกัดกร่อนของสารเคมีที่ดีเยี่ยม และความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี [1-4] อย่างไรก็ตาม ค่าโมดูลัส ความทนทานต่อการสึกหรอ และการทนความร้อนของโลหะผสมไททาเนียมยังต่ำกว่าของเหล็กกล้าและโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก ซึ่งจำกัดการใช้งานต่อไปในด้านยานยนต์และอวกาศ [5-8] การเกิดขึ้นของวัสดุคอมโพสิตไททาเนียมเมทริกซ์ (TiMMCs) เป็นทางเลือกใหม่ในการแก้ปัญหาข้างต้น TiMMCs เป็นวัสดุผสมที่ประกอบด้วยไททาเนียมและโลหะผสมเป็นเมทริกซ์และเซรามิก (อนุภาค หนวดเครา เส้นใยสั้น และเส้นใยยาวต่อเนื่อง) เป็นเฟสเสริมแรง (ดูรูปที่ 1)

รูปภาพ

ก) คอมโพสิตไททาเนียมเมทริกซ์เสริมเส้นใยยาวต่อเนื่อง
รูปภาพ

b) วัสดุคอมโพสิตที่มีฐานเป็นไททาเนียมเสริมอนุภาค c) วัสดุคอมโพสิตที่มีฐานเป็นไททาเนียมเสริมใยสั้น/เส้นใยสั้น
รูปที่ 1 แผนผังของ TiMMCs พร้อมขั้นตอนการเสริมแรงประเภทต่างๆ

ในขณะที่ยังคงรักษาคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมของเมทริกซ์ TiMMCs ยังสามารถได้รับคุณสมบัติที่ครอบคลุมซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยเฟสหรือเมทริกซ์การเสริมแรงเพียงครั้งเดียว ผ่านการเติมเต็มและความสัมพันธ์ของคุณสมบัติของไฟเบอร์และเมทริกซ์ ตัวอย่างเช่น ความแข็งแรงครากของคอมโพสิต (TiC บวก Ti5Si3)/Ti ที่เตรียมโดย HUO และคณะ [9] สูงถึง 829MPa ซึ่งสูงกว่าไททาเนียมบริสุทธิ์ถึง 178 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่ยังคงยืดตัวได้สูงถึง 8.1 เปอร์เซ็นต์ และมีความแข็งแรงสูงและความเป็นพลาสติกปานกลาง เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุผสม TiC/Ti แบบเคลือบ ความแข็งแรงและความเหนียวของ TiMMC จะได้รับการปรับปรุงพร้อมกัน ส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานประสานกันระหว่างความแข็งแรงและความเหนียวเป็นเลิศ โมดูลัสเฉพาะสูงของ TiMMCs เป็นปัจจัยหลักในการส่งเสริมการใช้งานอย่างกว้างขวางในลำตัวเครื่องบิน ในขณะที่ความแข็งแรงจำเพาะสูงเป็นแรงผลักดันในการส่งเสริมการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องยนต์ [10] ตัวอย่างเช่น สหรัฐอเมริกาเป็นผู้นำในการใช้วัสดุผสมไทเทเนียมเสริมอนุภาคเพื่อผลิตชิ้นส่วนเครื่องยนต์อากาศยาน ใบพัดคอมโพสิตที่ใช้ไททาเนียมเสริมแรงด้วยอนุภาคที่พัฒนาโดยสหรัฐอเมริกาประสบความสำเร็จในการใช้งาน ซึ่งไม่เพียงแต่ปรับปรุงประสิทธิภาพของใบพัด แต่ยังช่วยลดการบินด้วย ต้นทุนการผลิตเครื่องยนต์ลดลงมากถึง 60 ดอลลาร์000 [11] บริษัทเครื่องบินโบอิ้งแห่งสหรัฐอเมริกาได้พัฒนาก้านสูบของเครื่องบินที่ประกอบขึ้นจากไทเทเนียมซึ่งเสริมด้วยอนุภาค ซึ่งไม่เพียงแต่ทำให้อุณหภูมิใช้งานเพิ่มขึ้นอย่างมากเท่านั้น แต่ยังช่วยลดมวลได้เกือบ 40 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับก่อนการปรับปรุง และถูกนำไปใช้กับเครื่องบินโบอิ้ง 787 เรียบร้อยแล้ว[12] ศูนย์วิจัยแอตแลนติกแห่งสหรัฐอเมริกาประสบความสำเร็จในการพัฒนาวัสดุคอมโพสิตที่ทำจากไททาเนียมเสริมอนุภาคสำหรับล้อลงจอดของเฮลิคอปเตอร์ และประสบความสำเร็จในการใช้งาน เมื่อเทียบกับวัสดุแบบดั้งเดิม น้ำหนักจะลดลงอย่างมาก [13] ศูนย์วิจัยการบินของฝรั่งเศสและบริษัทโรลส์-รอยซ์ของอังกฤษใช้วัสดุคอมโพสิตไททาเนียมเมทริกซ์เสริมอนุภาคเพื่อเตรียมใบมีดเครื่องยนต์อากาศยานและประสบความสำเร็จ [14, 15] ในด้านยานยนต์ ข้อกำหนดสำหรับโครงสร้างน้ำหนักเบาเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งส่งเสริมการประยุกต์ใช้ TiMMCs อย่างมาก บริษัทโตโยต้าแห่งประเทศญี่ปุ่นใช้วัสดุผสม BTi/Ti สำหรับวาล์วไอเสียรถยนต์ วาล์วไอเสียเครื่องยนต์รถยนต์ และชิ้นส่วนอื่น ๆ วาล์วเครื่องยนต์ ฯลฯ เป็นครั้งแรก มวลรวมลดลงเกือบ 40 เปอร์เซ็นต์ และมีข้อดีคืออายุการใช้งานสูงและต้นทุนต่ำ [16]. ในขณะเดียวกัน ประเทศต่างๆ เช่น ยุโรปและสหรัฐอเมริกาก็ได้เริ่มใช้วัสดุคอมโพสิตที่ทำจากไททาเนียมเสริมอนุภาคเพื่อทดแทนวัสดุเหล็กแบบดั้งเดิมในการผลิตชิ้นส่วนหลักของรถยนต์ เพื่อลดน้ำหนักของรถยนต์และปรับปรุงเพิ่มเติม ประสิทธิภาพของรถยนต์ [17] ช่วงการใช้งานของ TiMMCs แสดงในรูปที่ 2

รูปภาพ

รูปที่ 2 ช่วงการใช้งานของ TiMMCs

เนื่องจากความซับซ้อนขององค์ประกอบของวัสดุ TiMMCs จึงแปรรูปได้ยากกว่าวัสดุวิศวกรรมทั่วไป และเป็นวัสดุประเภทใหม่ที่แปรรูปยาก ในขณะเดียวกัน แม้ว่า TiMMCs ที่มีการเสริมแรงแบบกระจายอย่างสม่ำเสมอหรือการเสริมแรงที่ไม่ต่อเนื่องโดยทั่วไปจะแสดงความแข็งแรงที่สูงกว่า แต่ความเหนียวและความเหนียวเมื่อเทียบกับเมทริกซ์บริสุทธิ์นั้นย่อมถูกลดทอนลงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ [18] ตัวอย่างเช่น แม้จะมี TiC และ Ti5Si3 ในแหล่งกำเนิด ข้อมูลแรงดึงแสดงให้เห็นว่าการยืดตัวที่จุดขาดลดลงอย่างรวดเร็วจาก 17.2 เปอร์เซ็นต์เป็น 1.53 เปอร์เซ็นต์ เมื่อความแข็งแรงครากของวัสดุคอมโพสิตเพิ่มขึ้นถึง 410MPa ซึ่งทำให้ข้อกำหนดสูงขึ้นสำหรับเทคโนโลยีการประมวลผล [19 ]. ดังนั้น วิธีการบรรลุการประมวลผล TiMMCs ที่มีประสิทธิภาพสูงและความเสียหายต่ำจึงกลายเป็นฮอตสปอตการวิจัยในด้านการประมวลผลวัสดุคอมโพสิต

วิธีการประมวลผลทั่วไปของ TiMMC ได้แก่ การตัดเฉือน การตีขึ้นรูป การหล่อ และการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ [20] การตัดเฉือนอาศัยแรงเชิงกลเพื่อเปลี่ยนรูปร่างของวัสดุ ซึ่งสามารถผลิตจำนวนมากและแปรรูปเป็นชุดได้อย่างมีประสิทธิภาพ เป็นวิธีการประมวลผลแบบเย็นที่ใช้บ่อยที่สุดวิธีหนึ่ง สามารถบรรลุข้อกำหนดด้านขนาดและคุณภาพพื้นผิวที่มีความแม่นยำสูง และเหมาะสำหรับวัสดุประเภทต่างๆ รวมถึงวัสดุคอมโพสิต การประมวลผลวัสดุ การตัดเฉือนทั่วไป ได้แก่ การตัด การเจาะ การกัด และการเจียร การตีขึ้นรูป การหล่อ และการผลิตสารเติมแต่งเป็นกระบวนการทางความร้อนทั่วไปที่สามารถปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลและโครงสร้างของวัสดุผสมได้ [21] นอกจากนี้ เมื่อเลือกเทคโนโลยีการประมวลผลที่เหมาะสมเพื่อประมวลผล TiMMCs จำเป็นต้องพิจารณาอย่างครอบคลุมถึงลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกันของแต่ละส่วนประกอบในวัสดุผสม ตลอดจนการสึกหรอและการขยายตัวทางความร้อนระหว่างวัสดุผสมและเครื่องมือแปรรูป เพื่อที่จะ รับชิ้นส่วน TiMMCs ที่มีประสิทธิภาพดีเยี่ยม

ในบทความนี้ เทคโนโลยีการประมวลผลปัจจุบันของ TiMMCs ได้รับการทบทวน และการประมวลผลของ TiMMCs ในอนาคตได้รับการคาดหวัง เพื่อให้การสนับสนุนทางทฤษฎีสำหรับการประยุกต์ใช้ TiMMC ที่มีประสิทธิภาพสูง

02

เครื่องจักรกล
เนื่องจากข้อจำกัดของเทคโนโลยีการเตรียม TiMMC การตัดเฉือนยังคงเป็นกระบวนการที่ขาดไม่ได้ในการผลิต TiMMC เมื่อเทียบกับวัสดุเมทริกซ์ การเสริมแรงมีความแข็งสูงกว่า ความแข็งแรงสูงกว่า และการประมวลผลที่ยากกว่า และจะมีปัญหาเช่นการแยกส่วนของขั้นตอนการเสริมแรง การดึงออก และการหลุดร่อนระหว่างการประมวลผล กระบวนการตัดของ TiMMC ได้รับการศึกษาอย่างครอบคลุมในแง่ของการเพิ่มประสิทธิภาพและแง่มุมอื่นๆ

2.1 การตัดเฉือน

เนื่องจากขาดการวิจัยอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับประสิทธิภาพการตัด เช่น กลไกการสึกหรอของเครื่องมือ แรงตัด และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิการตัดในกระบวนการตัดของ TiMMCs Bian Weiliang [22] จึงทำการวิจัยเกี่ยวกับประสิทธิภาพของการกลึงเครื่องมือแบบต่างๆ (TiCp บวก TiB w) /TC4. เพชรผลึกเดี่ยวและซีเมนต์คาร์ไบด์ใช้ในการแปรรูปวัสดุ ภายใต้สภาวะการตัดเดียวกัน อายุการใช้งานของเครื่องมือ PCD จะยาวนานขึ้น เมื่อเครื่องมือเพชรผลึกเดี่ยวตัด TiMMCs การสึกหรอของเครื่องมือส่วนใหญ่มาจากการขูดซ้ำของการเพิ่มความแข็งสูงเมื่อเทียบกับเครื่องมือ เมื่อตัดโลหะผสม TC4 เพียงอย่างเดียว โลหะผสมไททาเนียมจะติดอยู่กับเครื่องมือและการสึกหรอที่เกิดจากการแพร่กระจายขององค์ประกอบวัสดุที่ใช้ในการผลิตไปยังเครื่องมือนั้นมีความสำคัญมากกว่า เมื่อทำการตัดเฉือน TiMMC ด้วยเครื่องมือซีเมนต์คาร์ไบด์ การแพร่กระจายและการยึดเกาะของวัสดุชิ้นงานก็ชัดเจนเช่นกัน

เพื่อสำรวจเพิ่มเติมถึงอิทธิพลของพารามิเตอร์การตัดเฉือนและวิธีการหล่อลื่นที่มีต่อลักษณะการตัดเฉือน NIKNAM และคณะ [23] ทำการทดลองกลึงแบบแห้งและกึ่งแห้งบนวัสดุคอมโพสิตไททาเนียมเมทริกซ์เสริมอนุภาค (PTMC) และวิเคราะห์แรงตัดภายใต้พารามิเตอร์การตัดที่แตกต่างกัน , ความหยาบของผิวและพฤติกรรมการกำจัดอนุภาค ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าแรงตัดมีมากขึ้นภายใต้สภาวะกึ่งแห้ง และจะเกิดฟิล์มน้ำมันหล่อลื่นขึ้น ซึ่งกีดขวางการตัดที่ราบรื่น

ดวงและคณะ [24] ศึกษาพฤติกรรมการสึกหรอของเครื่องมือเริ่มต้นระหว่างการกลึง TiMMC และพบว่าการสึกหรอเป็นกลไกที่สำคัญที่สุดในการตัด TiMMC และพบการแพร่กระจายและการยึดเกาะในทุกสภาวะ และพบการสึกหรอรูปแบบใหม่ของชั้นแข็งบางในกระบวนการตัดเฉือน ซึ่งในกรณีนี้จะนำไปสู่การสึกหรอแบบกระจายและเนื้องอกเชิงกล แตกต่างจาก PTMCs วัสดุคอมโพสิตไททาเนียมเมทริกซ์เสริมเส้นใยอย่างต่อเนื่องมีแอนไอโซโทรปีที่เป็นเอกลักษณ์เนื่องจากความต่อเนื่องของเส้นใย เพื่อชี้แจงกลไกการตัดของวัสดุคอมโพสิตไททาเนียมเมทริกซ์เสริมเส้นใยอย่างต่อเนื่อง ZAN[25] และคณะ การทดสอบการตัดมุมฉาก SiCf/Ti-6Al-4V ทำให้ทราบพฤติกรรมการเกิดเศษและกลไกการเสียรูปของวัสดุผสมที่อุณหภูมิต่ำ อุณหภูมิห้อง และอุณหภูมิสูง และพบว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการก่อตัวของ แถบเฉือนแบบอะเดียแบติกระหว่างกระบวนการตัดโลหะผสมไททาเนียม SiCf/Ti ความกว้างของฟันเลื่อย -6Al-4V มีขนาดใหญ่กว่า รูปที่ 3 เป็นแผนผังของการตัดสลับชั้น SiCf/Ti-6Al-4V ที่อุณหภูมิต่างกัน

รูปภาพ

ก) ไครโอเจนิก (CT)
รูปภาพ
ข) อุณหภูมิห้อง (RT)
รูปที่ 3 ไดอะแกรมการตัดสลับชั้นของวัสดุคอมโพสิตไททาเนียมเมทริกซ์เสริมแรงด้วยไฟเบอร์ที่อุณหภูมิต่างกัน

2.2 การบด
การเจียรต้องอาศัยเม็ดขัดจำนวนมากบนพื้นผิวของล้อเจียรเพื่อตัดชิ้นงานเพื่อขจัดวัสดุออกพร้อมกัน ซึ่งเหมาะสำหรับการตัดเฉือนวัสดุที่มีความแม่นยำและแม่นยำสูง DING และคณะ [26, 27] สร้างแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์สามมิติของกระบวนการเจียร เพื่อให้เข้าใจพฤติกรรมการกำจัดวัสดุของ TiCp/Ti-6Al-4V ระหว่างการเจียรธรรมดาและการเจียรความเร็วสูง และขึ้นอยู่กับแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ กล่าวถึงพฤติกรรมการกำจัดวัสดุ พฤติกรรมการขจัดออกและผลกระทบของความเร็วการเจียรต่อการก่อตัวของลักษณะพื้นผิวการตัดเฉือน (ดูรูปที่ 4) ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าพฤติกรรมการกำจัดวัสดุระหว่างการเจียร TiCp/Ti-6Al-4V สามารถแบ่งออกได้เป็นการกำจัดความเหนียวของวัสดุเมทริกซ์ที่เป็นโลหะ และการกำจัดแบบเปราะของอนุภาคเสริม TiC ในทำนองเดียวกัน LIU และคณะ [28] สรุปว่าการกำจัดวัสดุในการเจียรความเร็วสูงของ PTMCs สามารถแบ่งออกเป็นสี่ขั้นตอน: การกำจัดพลาสติกของโลหะผสม การเริ่มต้นการแตกร้าวในอนุภาคที่ปรับปรุงแล้ว การแพร่กระจายของรอยแตกในอนุภาคที่ปรับปรุงแล้ว และความล้มเหลวที่เปราะของอนุภาคที่ปรับปรุงแล้ว เมื่อเปรียบเทียบกับความเร็วในการเจียร ความหนาของเศษที่ไม่เสียรูปจะมีอิทธิพลมากกว่าต่อการก่อตัวของข้อบกพร่องที่พื้นผิวของเครื่องจักร บนพื้นฐานนี้ LI และคณะ [29, 30] ศึกษาประสิทธิภาพการเจียรของหินเจียร CBN แบบชุบด้วยไฟฟ้าชั้นเดียวและหินเจียร CBN แบบประสานสำหรับ PTMC (ดูรูปที่ 5) ผลการวิจัยพบว่าหินเจียร CBN ชั้นเดียวมีความเหมาะสมมากกว่าหินเจียรชุบไฟฟ้าสำหรับการเจียรความเร็วสูงของ PTMC Liu Chaojie และคณะ [31] วิเคราะห์แบบจำลองแรงเจียรของการเจียรข้าง PTMCs โดยวิธีการจำลอง เมื่อถอดเมทริกซ์ ความผันผวนของแรงเจียรจะเป็นปกติ เมื่อนำอนุภาคเสริม TiC ออก จะเกิดรอยร้าวและขยายออกบนพื้นผิวของวัสดุ นอกจากนี้ยังมีการขจัดเศษขนาดใหญ่บนพื้นผิว และความผันผวนของแรงเจียรในบริเวณที่มีการขจัดอนุภาคเสริมแรงออกก็มีมาก นอกจากนี้ แรงเจียรทั้งแบบปกติและแนวสัมผัสจะเพิ่มขึ้นตามความหนาของเศษขัดเดี่ยวที่เพิ่มขึ้น
รูปภาพ

a) การจำลอง PTMCs เจียรธรรมดา

รูปภาพ

b) ผลการทดสอบของ PTMC ที่เจียรธรรมดา

รูปภาพ
c) การจำลอง PTMC ที่บดด้วยความเร็วสูง

รูปภาพ
ง) ผลการทดลองของการเจียรความเร็วสูงของ PTMC
รูปที่ 4 การจำลองและผลการทดสอบพฤติกรรมการกำจัด PTMCs ที่ความเร็วต่างๆ
(เทียบกับ=3ม./นาที, ap=0.010มม.)

รูปภาพ

ก) การเจียรด้วยหินเจียร CBN แบบชุบด้วยไฟฟ้า

รูปภาพ

b) การเจียรด้วยหินเจียร CBN แบบประสาน
รูปที่ 5 การเปรียบเทียบล้อเจียร CBN แบบชุบด้วยไฟฟ้าและหินเจียร CBN แบบประสานสำหรับการเจียร PTMC

03

การประมวลผลสนามพลังงานคอมโพสิต
การเจียรแบบใช้การสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิกเป็นเทคโนโลยีการประมวลผลแบบผสมที่นำการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิกมาใช้กับเทคโนโลยีการเจียรแบบดั้งเดิมเพื่อลดอุณหภูมิการตัดและปรับปรุงคุณภาพการเจียร ในการตัดเฉือนโดยใช้การสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิก สถานะการสัมผัสระหว่างเครื่องมือและชิ้นงานจะเปลี่ยนไปเนื่องจากการสั่นสะเทือนความถี่สูง และเครื่องมือและชิ้นงานจะสัมผัสกันเป็นช่วงๆ พร้อมกับเอฟเฟกต์โพรงอากาศและผลกระทบความถี่สูง เพื่อให้การสัมผัสระหว่าง ชิ้นงานและเครื่องมือ แรงเสียดทานจะลดลง จึงช่วยลดความร้อนในการตัดและแรงตัด และสามารถเพิ่มอายุการใช้งานของเครื่องมือและปรับปรุงคุณภาพการประมวลผล เทคโนโลยีการตัดเฉือนด้วยการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในวัสดุที่ยากต่อการตัดเฉือน เช่น โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นหลัก TiMMC และวัสดุผสมเซรามิกเมทริกซ์
WU และคณะ [32] ดำเนินการทดสอบการเจียรแบบใช้การสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิกในแนวแกนบน PTMC และพบว่าภายใต้การทำงานของอัลตราซาวนด์ วิถีการตัดของเม็ดขัดจะเพิ่มขึ้น และเม็ดขัดจะกดซ้ำ ๆ บนพื้นผิวของชิ้นงานเพื่อลดความขรุขระของพื้นผิว ค่า. YUE และคณะ [33] ดำเนินการทดสอบการเจียรแบบใช้การสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิกของเมล็ดขัดเดี่ยวของ PTMC เปรียบเทียบอิทธิพลของการเจียรแบบธรรมดาและการเจียรแบบอัลตราโซนิกต่ออัตราการขจัดวัสดุที่ความเร็วการเจียรและอัตราการป้อนที่แตกต่างกัน และสร้างอัลตราโซนิกแบบจำลองความหนาของการตัด เม็ดขัดเดี่ยวภายใต้การทำงานแสดงให้เห็นว่าการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิกมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการแตกหักของเม็ดทรายขนาดเล็ก ซึ่งสามารถปรับปรุงสถานะของคมตัดได้อย่างต่อเนื่องและรักษาความคมของเม็ดขัดตลอดเวลา ZHAO และคณะ [34] ใช้แท่นสั่นสะเทือนในแนวรัศมีที่สร้างขึ้นเอง (ดูรูปที่ 6) เพื่อทำการทดสอบการเจียรที่มีแรงสั่นสะเทือนช่วยด้วยอัลตราโซนิกบน PTMC และเปรียบเทียบกับการทดสอบการเจียรธรรมดา เมื่อเทียบกับการเจียรธรรมดา การเจียรแบบใช้แรงสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิกสามารถลดอุณหภูมิการเจียรลงได้ 24.2 เปอร์เซ็นต์เป็น 51.8 เปอร์เซ็นต์ และในขณะเดียวกันก็เพิ่มอัตราการขจัดวัสดุได้ถึง 2.8 เท่า
รูปภาพ

รูปที่ 6 Radial Vibration Ultrasonic Platform และอุปกรณ์วัดการสั่นสะเทือน

BEIJANI และคณะ [35] ใช้การตัดเฉือนด้วยเลเซอร์ช่วย (LAM) เพื่อประมวลผล TiMMC เป็นครั้งแรกบนพื้นฐานของการกลึงแบบดั้งเดิม (ดูรูปที่ 7) ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าเมื่อเทียบกับการตัดเฉือนทั่วไป แม้ว่าค่าความหยาบผิวของชิ้นงานจะเพิ่มขึ้น 15 เปอร์เซ็นต์ ปริมาตรการตัดโดยรวมของเครื่องมือ LAM เพิ่มขึ้น 180 เปอร์เซ็นต์ และอายุการใช้งานของเครื่องมือดีขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นผลมาจากการถ่ายโอน อนุภาคในเมทริกซ์มากกว่าการแตกหัก
รูปภาพ
ก) แผนผังไดอะแกรม

รูปภาพ

ข) อุปกรณ์จริง
รูปที่ 7 อุปกรณ์ทดสอบการประมวลผลด้วยเลเซอร์ช่วย

04

กระบวนการผลิตแบบเติมแต่ง
เทคโนโลยีการผลิตสารเติมแต่งด้วยเลเซอร์สามารถผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างที่ซับซ้อนได้โดยตรง ซึ่งแสดงถึงโอกาสในการใช้งานที่ยอดเยี่ยมในการผลิต TiMMC BANERJEE และคณะ [36] ประมวลผลคอมโพสิต TiB/TC4 สำเร็จโดยใช้เทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์สเตอรีโอฟอร์มมิง (LENSTM) และใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านเพื่อระบุลักษณะโครงสร้างจุลภาคของคอมโพสิตที่ถูกฝากไว้โดยละเอียด ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าวิธีการเตรียมโครงสร้างจุลภาคของคอมโพสิต TiB/TC4 ได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญและมีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ ในทำนองเดียวกัน GU และคณะ [37] ใช้การหลอมด้วยเลเซอร์แบบเลือก (SLM) เพื่อประมวลผลผงคอมโพสิต TiC/Ti ที่เตรียมไว้ และได้รับ TiAl3 ที่เสริมด้วยอนุภาค TiC (เฟสหลัก) และ Ti3AlC2 (เฟสรอง) เมทริกซ์คอมโพสิต แม้จะมีการเติบโตของเกรนเล็กน้อยเมื่อเทียบกับผงที่บดแล้ว แต่คอมโพสิตที่ผ่านการบำบัดด้วย SLM ยังคงมีโครงสร้างจุลภาคที่ดี [38] ใช้เทคโนโลยีการแปรรูปโลหะด้วยเลเซอร์โดยตรง (DMD) เพื่อเตรียม PTMC ที่มีเศษส่วนที่มีปริมาตรต่างกัน (TiB บวก TiC) จากวัตถุดิบผงที่ประกอบด้วยโลหะผสมล่วงหน้า (Ti-6Al-4V บวก B4C ) แป้งผสมรองพื้น. การศึกษาเชิงกลแสดงให้เห็นว่าที่ระดับ 20-600 องศา ความแข็งแบบวิคเกอร์ของ TiMMC ที่เสริมด้วยอนุภาคซึ่งมี B4C เพิ่มขึ้น 10 เปอร์เซ็นต์ -15 เปอร์เซ็นต์ และโมดูลัสของ Young เพิ่มขึ้น 10 เปอร์เซ็นต์ การเตรียม TiMMCs โดยเทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์ DMD แสดงไว้ในรูปที่ 8

รูปภาพ

รูปที่ 8 แผนผังของ TiMMC ที่เตรียมโดยเทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์ DMD

05

การปลอม
การตีขึ้นรูปสามารถกำจัดข้อบกพร่องหลวมๆ ของวัสดุในระหว่างกระบวนการถลุง ปรับแต่งโครงสร้างจุลภาคได้อย่างมีประสิทธิภาพ และรับการตีขึ้นรูปคุณภาพสูงที่ตรงกับโครงสร้างและประสิทธิภาพ

นักวิชาการต่างประเทศที่เกี่ยวข้องได้ศึกษาผลของการตีขึ้นรูปร้อนต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติแรงดึงของวัสดุผสมเมทริกซ์ Ti-TiB การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการยืดตัวที่อุณหภูมิห้องของวัสดุผสม Ti-13.3B และ Ti{3}}B ปลอมแปลงถึง 6.1 เปอร์เซ็นต์และ 5.2 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ และคุณสมบัติของวัสดุได้รับการปรับปรุงอย่างมีประสิทธิภาพ นักวิชาการในประเทศ Hu Jiarui และคณะ [39] PTMCs ปลอมแปลงของ TiC ซินเทอร์ที่สร้างขึ้นในแหล่งกำเนิด และข้อบกพร่องทางโครงสร้างของ PTMCs หลังจากการตีขึ้นรูปถูกกำจัด เกิดการตกผลึกซ้ำแบบไดนามิก และคุณสมบัติเชิงกลที่อุณหภูมิห้องได้รับการปรับปรุง สัณฐานวิทยา SEM ของการแตกหักแบบดึงแรงดึงของ TiMMCs ที่เสริมอนุภาค TiC แสดงในรูปที่ 9 ในขณะเดียวกันเนื่องจากโครงสร้างเมทริกซ์ที่ได้รับการปรับปรุง ความต้านทานการสึกหรอของ PTMC หลังจากการตีขึ้นรูปจึงดีขึ้น เดียวกัน

[40] เปรียบเทียบและวิเคราะห์คุณสมบัติเชิงกลของวัสดุผสม 5 เปอร์เซ็นต์ (TiB บวก TiC)/Ti{2}} ที่ระดับ 500-650 วัสดุผสมขณะหล่อมีการแตกหักแบบเปราะ และวัสดุผสมที่หลอมขึ้นจะแตกหักแบบเหนียว และความแข็งแรงและการยืดตัวของวัสดุผสมหลังการตีขึ้นรูปจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

รูปภาพ
ก) การเผา (รอยแตกทะลุทะลวงเมทริกซ์) ข) การเผา (รอยแตกตามขอบเกรนและรอยแตกของเกรน

รูปภาพ
c) - การปลอม d) ( บวก ) - การปลอม
รูปที่ 9 สัณฐานวิทยา SEM แตกหักแรงดึงของ TiMMCs เสริมด้วยอนุภาค TiC

06

บทสรุป
เนื่องจากมีขั้นตอนการเสริมแรง TiMMC จึงแสดงคุณสมบัติเชิงกลและกลไกการประมวลผลที่แตกต่างจากโลหะผสมไททาเนียมแบบดั้งเดิม มองไปข้างหน้า การประมวลผลของ TiMMCs จะพัฒนาในด้านต่อไปนี้

(1) การปรับปรุงเทคโนโลยีการประมวลผล เทคโนโลยีการประมวลผลของ TiMMCs จะได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ เครื่องมือตัดและวิธีการแปรรูปใหม่จะได้รับการพัฒนาเพื่อลดแรงตัดและการสึกหรอของเครื่องมือ และเพื่อให้ตระหนักถึงการกำจัดส่วนประกอบต่างชนิดกันของ TiMMCs

(2) การรวมกันของเทคโนโลยีการประมวลผลหลายอย่าง TiMMCs มีคุณสมบัติเป็นพลาสติกที่อุณหภูมิห้องต่ำ และการประมวลผลที่ครอบคลุมของ TiMMCs โดยใช้วิธีการประมวลผลด้วยความร้อนต่างๆ เช่น การเปลี่ยนรูป superplastic ที่อุณหภูมิสูง การตีขึ้นรูปร้อน และการขึ้นรูปด้วยการอัดขึ้นรูปร้อน สามารถเพิ่มศักยภาพการใช้งานของ TiMMCs ในด้านต่างๆ ได้สูงสุด เขตข้อมูล

(3) การพัฒนาวัสดุใหม่ ด้วยความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี TiMMC ใหม่จะได้รับการพัฒนาให้มีประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและขอบเขตการใช้งานที่กว้างขึ้น ตัวอย่างเช่น nano-TiMMCs, TiMMCs อเนกประสงค์ และ TiMMCs ที่ทนทานต่ออุณหภูมิสูงจะช่วยส่งเสริมการพัฒนา TiMMCs ต่อไป

(4) ความยั่งยืนและการปกป้องสิ่งแวดล้อม ความยั่งยืนและการปกป้องสิ่งแวดล้อมจะกลายเป็นข้อพิจารณาหลักเมื่อดำเนินการกับ TiMMC การพัฒนาวิธีการประมวลผลที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น การรีไซเคิลวัสดุคอมโพสิตที่เป็นของเสีย และการลดการใช้พลังงานจะเป็นทิศทางการพัฒนาในอนาคต

(5) TiMMCs แอปพลิเคชันหลายฟิลด์จะถูกนำไปใช้ในฟิลด์เพิ่มเติม นอกเหนือจากอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและยานยนต์ที่มีอยู่แล้ว สาขาการแพทย์ พลังงาน และการก่อสร้างจะยังคงสำรวจศักยภาพการใช้งานของ TiMMCs ต่อไป