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1 初始問題描述

1.1 TA18管制備工藝

TA18 鈦合金無縫管生產(chǎn)工藝:海綿鈦+中間合金→熔煉→鑄錠→鍛造→棒料→擠壓→管坯→軋制→熱處理→成品管。

1.2主要問題

目前工藝技術(shù)生產(chǎn)的TA18管，經(jīng)過測試，在最佳水平下，其火炬率可達(dá)30%，且批次間產(chǎn)品火炬率測試值不穩(wěn)定，達(dá)不到協(xié)議要求的60%，因此該產(chǎn)品始終無法滿足用戶要求。

2 TRIZ問題解決流程

2.1系統(tǒng)分析

2.1.1因果鏈分析

是因果鏈導(dǎo)致TA18管道的火炬率低于60%。從因果鏈可以看出，直接原因是:管道表面缺陷或組織異常；退火溫度不合適。

通過因果鏈分析，啟示方案如下:①控制退火溫度，保證材料強(qiáng)度與塑性的最佳匹配；②選擇擠壓管坯時(shí)，選擇尺寸均勻的，使結(jié)構(gòu)均勻一致；③加強(qiáng)鉆孔和表面處理，確保管道表面無裂紋和劃痕。

2.1.2功能分析

本研究是關(guān)于產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的技術(shù)性能，而不是簡單的機(jī)械產(chǎn)品或制造產(chǎn)品，因此進(jìn)行了基于FAST而不是組件的功能分析。

功能:準(zhǔn)備管道(改變形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置)

可用的搜索方法:鑄造法、擠壓法、拉拔法、軋制法、鍛造法(旋轉(zhuǎn)鍛造、快速鍛造、模鍛和自由鍛造)、焊接法、機(jī)加工鉆孔法、斜軋沖孔法、粉末成形法和激光快速成型法。

分類:熔鑄法、粉末冶金法、塑料加工法、3D打印法。

通過以上基于FAST的功能分析，發(fā)現(xiàn)制備管材的方法有很多，每種方法都有自己的特點(diǎn)，可以利用這些特點(diǎn)來結(jié)合和借鑒本研究課題。

2.2 小人法

繪制TA18成品管微觀結(jié)構(gòu)的微縮圖，詳見圖3。圖3a是目前實(shí)際管道橫截面的微縮圖。在這個(gè)微縮圖中，每一個(gè)微縮圖的大小都不一樣，而且每一個(gè)微縮圖的排列都是混亂的，每一個(gè)微縮圖都沒有緊密的結(jié)合在一起，所以在受到外力的時(shí)候，比如張開或者壓扁，每一個(gè)微縮圖都很容易因?yàn)榧s束力低而被外力折斷。因此，火炬率僅維持在30%左右，無法達(dá)到客戶要求的60%的目標(biāo)。圖3b是用微縮法得到的TA18成品管截面的理想顯微組織微縮圖。這種模型的優(yōu)點(diǎn)是每一個(gè)微型圖形的大小都是一樣的，并且每一個(gè)微型圖形都是相互連接的，這樣在受到外力時(shí)，每一個(gè)微型圖形都受到均勻的應(yīng)力，并且會(huì)相互協(xié)調(diào)分布力，可以進(jìn)一步提高耀斑率。

根據(jù)小人模型的圖3b可以得知，管材具有明顯的織構(gòu)，這個(gè)織構(gòu)指數(shù)在工程上用軸向和徑向塑性變形率之比來表示，具體稱為收縮應(yīng)變率或CSR。由于鈦合金管材具有高度方向性的微觀結(jié)構(gòu)和顯著的結(jié)晶織構(gòu)，徑向織構(gòu)的管道在液壓系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)過程中可以表現(xiàn)出一系列優(yōu)異的性能。徑向織構(gòu)管材的屈服強(qiáng)度和伸長率高于切向織構(gòu)管材。

小人法可以得到的啟示方案是:①制備鑄錠時(shí)，通過調(diào)整坩堝澆注系統(tǒng)，可以得到晶粒細(xì)小的鑄錠；②通過改變?nèi)蹮挿绞将@得具有織構(gòu)傾向的鑄錠；③通過鍛造+機(jī)加工選擇組織均勻、晶粒尺寸一致的管坯；④選擇擠壓管坯尺寸和結(jié)構(gòu)均勻的零件，并在后續(xù)加工過程中產(chǎn)生管材織構(gòu)；⑤軋制過程中，增加二輥軋制道次，減少多輥軋制道次，控制Q值，產(chǎn)生周向織構(gòu)。

2.3理想解決方案

系統(tǒng)財(cái)務(wù)報(bào)告準(zhǔn)則的定義見表1。

通過IFR可以得到如下啟發(fā)方案:①選擇擠壓管坯尺寸和結(jié)構(gòu)均勻的部位，精整去除內(nèi)外表面缺陷，軋制過程按順序進(jìn)行；②大方坯軋制和中間道次軋制均采用雙輥軋制，每道次軋制的Q值控制在0.5~1.8范圍內(nèi)，成品軋制采用多輥軋制，Q值控制在> 3范圍內(nèi)。

2.4使用TRIZ工具

2.4.1技術(shù)矛盾-矛盾矩陣

(1)技術(shù)矛盾的原始問題

改進(jìn):TA18采用目前的冶煉、鍛造、擠壓、軋制和熱處理技術(shù)，可獲得尺寸、表面和力學(xué)性能符合要求的管材。

變質(zhì):目前管材表面會(huì)出現(xiàn)微缺陷，晶粒隨機(jī)分布，工藝性能難以達(dá)到預(yù)期值。

(2)問題模型

對應(yīng)39個(gè)通用工程參數(shù)

改進(jìn)參數(shù):10力

劣化參數(shù):物體產(chǎn)生的31種有害因素

(3)解決方案模型

根據(jù)Archischuler矛盾矩陣表，參考文獻(xiàn)創(chuàng)新原理有4篇，篩選后保留3篇?jiǎng)?chuàng)新原理(表2)。

2.4.2物理矛盾-分離原理

(1)身體矛盾:

對于高燃燒率，是否應(yīng)該增加更多？孫？系統(tǒng)；雙輥軋制不應(yīng)更多地用于機(jī)械指標(biāo)和減少表面缺陷。

為了提高表面質(zhì)量，應(yīng)增加更多的多輥軋制；為了提高擴(kuò)口率，不宜多采用多輥軋制。

(2)物理矛盾的分離:

時(shí)間分離。

(3)解決方案模型

根據(jù)預(yù)作用原理，可以在毛坯上預(yù)成型具有紋理的特征。這樣，這個(gè)問題有三種擴(kuò)展的解決方案:

①鑄錠中形成枝晶方向相同的鑄態(tài)組織。

②軋制用管坯直接通過對所需織構(gòu)的棒材鉆孔制成。

③擠壓管坯的管坯錠具有所需的織構(gòu)要求。

2.4.3物理場模型-標(biāo)準(zhǔn)解決方案

對現(xiàn)有技術(shù)體系的分析表明，效果不夠。通過S2變形，將原來擠壓出來的管坯變成其他有紋理傾向的管坯，增強(qiáng)效果，從而得到效果完整的物場模型。

結(jié)論

通過TRIZ小人法的模型，找到了解決該行業(yè)技術(shù)問題的突破口，通過因果鏈分析、功能分析、技術(shù)矛盾與物理矛盾、矛盾矩陣、發(fā)明原理、知識(shí)庫等工具的應(yīng)用，豐富了解決思路。最終選擇了兩種組合方案:①擠壓管坯的尺寸和均勻組織，二輥多輥組合軋制工藝；②鍛造制備特殊要求管坯,二輥和多輥組合軋制工藝進(jìn)行驗(yàn)證.結(jié)果兩個(gè)方案都得到了滿意的效果,TA18管材的擴(kuò)口率都大于60%.