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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

目前工藝技術生產的TA18管，經過測試，在最佳水平下，其火炬率可達30%，且批次間產品火炬率測試值不穩定，達不到協議要求的60%，因此該產品始終無法滿足用戶要求。

2 TRIZ問題解決流程

2.1系統分析

2.1.1因果鏈分析

是因果鏈導致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，保證材料強度與塑性的最佳匹配；②選擇擠壓管坯時，選擇尺寸均勻的，使結構均勻一致；③加強鉆孔和表面處理，確保管道表面無裂紋和劃痕。

2.1.2功能分析

本研究是關于產品在生產過程中的技術性能，而不是簡單的機械產品或制造產品，因此進行了基于FAST而不是組件的功能分析。

功能:準備管道(改變形狀和內部結構布置)

可用的搜索方法:鑄造法、擠壓法、拉拔法、軋制法、鍛造法(旋轉鍛造、快速鍛造、模鍛和自由鍛造)、焊接法、機加工鉆孔法、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，發現制備管材的方法有很多，每種方法都有自己的特點，可以利用這些特點來結合和借鑒本研究課題。

2.2 小人法

繪制TA18成品管微觀結構的微縮圖，詳見圖3。圖3a是目前實際管道橫截面的微縮圖。在這個微縮圖中，每一個微縮圖的大小都不一樣，而且每一個微縮圖的排列都是混亂的，每一個微縮圖都沒有緊密的結合在一起，所以在受到外力的時候，比如張開或者壓扁，每一個微縮圖都很容易因為約束力低而被外力折斷。因此，火炬率僅維持在30%左右，無法達到客戶要求的60%的目標。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。這種模型的優點是每一個微型圖形的大小都是一樣的，并且每一個微型圖形都是相互連接的，這樣在受到外力時，每一個微型圖形都受到均勻的應力，并且會相互協調分布力，可以進一步提高耀斑率。

根據小人模型的圖3b可以得知，管材具有明顯的織構，這個織構指數在工程上用軸向和徑向塑性變形率之比來表示，具體稱為收縮應變率或CSR。由于鈦合金管材具有高度方向性的微觀結構和顯著的結晶織構，徑向織構的管道在液壓系統的工程設計過程中可以表現出一系列優異的性能。徑向織構管材的屈服強度和伸長率高于切向織構管材。

小人法可以得到的啟示方案是:①制備鑄錠時，通過調整坩堝澆注系統，可以得到晶粒細小的鑄錠；②通過改變熔煉方式獲得具有織構傾向的鑄錠；③通過鍛造+機加工選擇組織均勻、晶粒尺寸一致的管坯；④選擇擠壓管坯尺寸和結構均勻的零件，并在后續加工過程中產生管材織構；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，產生周向織構。

2.3理想解決方案

系統財務報告準則的定義見表1。

通過IFR可以得到如下啟發方案:①選擇擠壓管坯尺寸和結構均勻的部位，精整去除內外表面缺陷，軋制過程按順序進行；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，成品軋制采用多輥軋制，Q值控制在> 3范圍內。

2.4使用TRIZ工具

2.4.1技術矛盾-矛盾矩陣

(1)技術矛盾的原始問題

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

變質:目前管材表面會出現微缺陷，晶粒隨機分布，工藝性能難以達到預期值。

(2)問題模型

對應39個通用工程參數

改進參數:10力

劣化參數:物體產生的31種有害因素

(3)解決方案模型

根據Archischuler矛盾矩陣表，參考文獻創新原理有4篇，篩選后保留3篇創新原理(表2)。

2.4.2物理矛盾-分離原理

(1)身體矛盾:

對于高燃燒率，是否應該增加更多？孫？系統；雙輥軋制不應更多地用于機械指標和減少表面缺陷。

為了提高表面質量，應增加更多的多輥軋制；為了提高擴口率，不宜多采用多輥軋制。

(2)物理矛盾的分離:

時間分離。

(3)解決方案模型

根據預作用原理，可以在毛坯上預成型具有紋理的特征。這樣，這個問題有三種擴展的解決方案:

①鑄錠中形成枝晶方向相同的鑄態組織。

②軋制用管坯直接通過對所需織構的棒材鉆孔制成。

③擠壓管坯的管坯錠具有所需的織構要求。

2.4.3物理場模型-標準解決方案

對現有技術體系的分析表明，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，增強效果，從而得到效果完整的物場模型。

結論

通過TRIZ小人法的模型，找到了解決該行業技術問題的突破口，通過因果鏈分析、功能分析、技術矛盾與物理矛盾、矛盾矩陣、發明原理、知識庫等工具的應用，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行驗證.結果兩個方案都得到了滿意的效果,TA18管材的擴口率都大于60%.