Анализ и примери за приложение на процес на коване на титанова сплав в авиационната индустрия

Анализ и примери за приложение на процес на коване на титанова сплав в авиационната индустрия

Резюме: Представя основно титанови сплави и технология за коване. Вземайки дефектите при коване на изковки TC4, открити в авиационното производство, и процеса на подобряване на процеса като пример, той анализира характеристиките на процеса на коване на титанови сплави и неговото приложение и перспективи за развитие в авиационната индустрия.

1. Преглед

С голямото развитие на националната икономика и науката и технологиите на нашата страна, космическата и авиационната индустрия откриха нови възможности за развитие през последните години, особено след създаването на националния проект за „големи самолети“, производствената индустрия за гражданска авиация ще се превърне в нова точка на икономически растеж, водеща националното икономическо развитие, с широки перспективи за развитие. С цел непрекъснато подобряване на напредналите, надеждността и приложимостта на въздухоплавателните средства и повишаване на конкурентоспособността на международния пазар на местните въздухоплавателни средства, предприятията за производство на гражданска авиация имат все по-високи изисквания за избор на материали за авиационно производство; Основните характеристики на титановата сплав са нейното малко специфично тегло, висока якост и добра топлоустойчивост и устойчивост на корозия. Той се превърна в основен избран материал за компоненти на съвременните самолети, намалявайки значително теглото на самолета, сред които TC4 (Ti-6AL-4V) и TB6 изковки от титанова сплав се използват повече в авиацията производство.

2. Класификация на титанови сплави и процеси на коване

Според микроструктурата при стайна температура титановите сплави могат да бъдат разделени на три типа: -тип сплави, + -тип сплави и -тип сплави. Сред тях термопластичните сплави от и + -тип имат малка връзка със скоростта на деформация, докато сплавите от тип - имат добра ковкост, но твърде ниската температура може да причини утаяване на -фаза. Процесът на коване на титановата сплав е разделен на конвенционални коване и високотемпературно коване според връзката между температурата на коване и температурата на прехода.

2.1 Конвенционално коване на титаниева сплав

Обикновено използваните деформирани титанови сплави обикновено се коват под температурата на преход, което се нарича конвенционално коване. Според температурата на нагряване на заготовката в (+) фазовата зона, тя може да бъде разделена на коване в горната двуфазна зона и коване в долната двуфазна зона.?

2.1.1 Коване в долната двуфазна зона

Коването в долната двуфазна зона обикновено се нагрява и кове при 40~50 градуса под температурата на прехода. По това време, зараждащата се фаза и участват в деформация едновременно. Колкото по-ниска е температурата на деформация, толкова по-голям е броят на фазите, участващи в деформацията. В сравнение с деформацията на региона, процесът на рекристализация на фазата в по-ниската двуфазна област се ускорява рязко. Новите зърна, образувани чрез рекристализация, не само се утаяват по дължината на деформираната оригинална граница на зърното, но се появяват и в междинния слой между границата на зърното и листовия слой. Изковките, произведени чрез този процес, имат висока якост и добра пластичност, но тяхната якост на счупване и свойствата на пълзене все още имат голям потенциал.

2.1.2 Коване в горната двуфазна зона

Кова се при температура от 10-15 градуса под /( + ) точката на фазов преход. Крайната тъкан след деформация съдържа повече -трансформирана тъкан, която може да подобри характеристиките на пълзене и якостта на счупване на тъканта; пластичността, здравината и издръжливостта на титановата сплав могат да се комбинират.

2.2 Високотемпературно коване на титанова сплав

Известен също като "коване", той се разделя на два вида: първият е процесът на нагряване на заготовката в зоната, започване и завършване на коването в зоната; вторият е методът на процеса на нагряване на заготовката в зоната, започване на коването в зоната и контролиране на голямо количество деформация за завършване на коването в двуфазната зона, наричано "подковаване". В сравнение с двуфазно зоново коване, коването може да получи по-висока якост на пълзене и якост на счупване, което също е благоприятно за подобряване на свойствата на умора на титановите сплави.

2.3 Изотермично коване на титаниева сплав

Този вид процес използва суперпластичността и механизма на пълзене на материала, за да произвежда по-сложни изковки, което изисква матрицата да бъде предварително загрята и поддържана в диапазона от 760~980 градуса; хидравличната преса прилага налягане при предварително определена стойност и работната скорост на пресата се регулира автоматично от съпротивлението на деформация на заготовката. Тъй като матрицата се нагрява, няма нужда да се използва толкова бързо подвижна греда, за да се избегне бързото охлаждане. Много изковки, използвани в самолетите, имат характеристиките на тънки стени и високи ребра, така че този вид процес е бил прилаган в авиационното производство, като изотермичния процес на прецизно коване на титаниева сплав TB6 на определен тип домашни самолети.

3. Анализ на дефектите и подобряване на процеса на изковки ТС4

3.1 Поява и анализ на дефекти в изковки ТС4

Когато една фабрика проведе пробно производство на изковки TC4 според маяка, няколко показателя за ефективност на изковките бяха открити като неквалифицирани. Сред тях индексът на "счупване на стрес" е по-малко от 5 часа. С оглед на този проблем, металографската структура на TC4 трябва първо да се анализира и след това да се намери причината от процеса на коване.

3.1.1 Морфологичните характеристики на металографската организация на TC4

Титановата сплав TC4 е + титанова сплав, съставът е Ti―6AL-4V, загрята структура е + фаза, съдържаща 6? -стабилизираният елементарен алуминий подобрява здравината на -фазата чрез укрепване на твърда стопилка и ванадият има по-малка способност да стабилизира -фазата. Следователно, броят на -фазите в загрята тъкан е малък, което представлява около 7-10?.

При различни условия на термична обработка и термична обработка пропорциите, свойствата и морфологията на основните фази и на сплавите TC4 са много различни. Температурата на преход на сплавта TC4 е около 1000 градуса. Ако TC4 се нагрее до 950 градуса, получената тъкан след въздушно охлаждане е зараждаща се + преходна тъкан; ако се нагрее до 1100 градуса и се охлади с въздух, се получава плътна и напълно трансформирана -фазова тъкан, която се нарича Wei's тъкан. Ако нагряването и деформацията действат едновременно, ефектът е по-очевиден. Сплавта TC4 се нагрява над температурата на прехода, но деформацията е малка и се образува тъканта на Wei. Неговите организационни характеристики са: ниска пластичност и ударна якост, но добра устойчивост на пълзене. Ако първоначалната температура на деформация е над прехода, но степента на деформация е достатъчно голяма, получените характеристики на тъканта са: частта на границата на зърното, изтеглена от фазата, е смачкана, а частта на раираната фаза е изкривена, което се нарича мрежеста тъкан. Характеризира се с по-добра пластичност и въздействие издръжливост от организацията на Wei, подобна на изометричната фина кристална организация, дълготрайна висока температура и добра пълзеща производителност. Ако температурата на нагряване е по-ниска от температурата на преход и степента на деформация е достатъчна, се получава изометрична структура. Тя се характеризира с добра цялостна производителност, особено висока пластичност и ударна якост. Ако високотемпературната част на + фазовия регион се деформира и след това се закали при висока температура, за да се образува смесена структура, цялостната му производителност е добра.

От горния анализ на металографската организация може да се прецени, че ако производителността на TC4 намалее, това може да е причинено от две връзки в процеса на коване.:

①Температурата на нагряване е твърде висока, достига или надвишава преходната температура;

② Степента на деформация на изковките не е достатъчно голяма.

3.1.2 Анализ на процеса на коване TC4

Влиянието на температурата на коване върху размера на зърното и свойствата при стайна температура на + титанова сплав е, че с повишаване на температурата (над фазовия преход), зърното става по-голямо, докато удължението и свиването на напречното сечение стават по-малки и пластичността намалява ; за да се гарантира, че изковките TC4 имат добро цялостно представяне, те трябва да бъдат изковани под температурата на прехода. Титановата сплав има висока устойчивост на деформация, но слаба топлопроводимост. По време на коване, при бурния поток на сплавта и тежкото набиване с чук, деформацията може да доведе до превишаване на температурата на отделните части от изковката над температурата на прехода, а степента на деформация е твърде голяма, твърде малка и други фактори ще причинят зърното да бъде дебел, което ще намали производителността. Въз основа на горното може да се определи предварително, че причините за нестандартното представяне на изковките TC4 могат да бъдат причинени.:

①Температурата на партидата ковани заготовки е твърде висока при нагряване, надвишавайки точката на преход;

②когато единичен чук е твърде тежък по време на коване, степента на деформация на единичен чук е твърде голяма, причинявайки локално прегряване и агрегация и рекристализация, и производителността се влошава.

③Температурата на топлинна обработка след коване е твърде висока, така че температурата на коването TC4 надвишава точката на преход, образувайки тъкан на Wei и намалявайки производителността на коването.

3.2 Промени в параметрите на процеса на коване TC4 и резултати от тестове

3.2.1 Избор и резултати от тестови параметри

С оглед на горния анализ, променете параметрите на процеса на коване TC4 (Таблица 1) и обърнете внимание на лекото и бързо коване, когато ковате едновременно. (Забележка: Размер на рязане￠50×113, размер на коване 50×65×65)

Резултати от теста: Всички показатели за ефективност са квалифицирани, от които индексът на "счупване на стрес" е по-голям от 5 часа.

3.2.2 Анализ на резултатите от теста

(1) Съдейки по температурата на пещта и първоначалната температура на коване, температурата на нагряване не е твърде висока, дори ако надвишава 20 градуса, квалифицираните части все още могат да бъдат изковани.

(2) При теста беше използван един удар с чук, за да се удари леко бързият удар и работата на тестовите изковки беше на ниво, което доказва, че лекият удар и бързият удар бяха важен фактор за подобряване на работата на изковки.

(3) Температурата на термична обработка след коване е с 20 градуса по-ниска от първоначалния параметър, което също може да бъде фактор за подобряване на производителността, тъй като от гледна точка на температурата, ако температурата на пещта достигне 795 градуса поради отклонението на контрола на температурата, това надвишава 780 градуса, посочени в ръководството за производство, което ще доведе до намаляване на производителността на изковките.

3.2.3 Проверка и заключение на резултатите от изпитването

За по-нататъшна проверка на резултатите от изпитването беше проведено изпитване в комбинация с производството (Таблица 2), като методът на леко и бързо биене все още се поддържаше по време на удар с чук; резултатът беше, че всички изковки преминаха теста и индексът на "счупване под напрежение на прорез" беше по-голям от 5 часа.

Механичните свойства на изковките от титанова сплав TC4 преди и след теста са показани по-горе (Таблица 3). Чрез теста се стига до заключението, че когато се произвеждат изковки от титанова сплав TC4, параметрите на процеса на коване трябва да бъдат строго контролирани; на първо място, обърнете внимание на лекото и бързо коване в коването, за да намалите деформацията на един чук, и второ, теоретичната стойност на температурата на топлинна обработка след коване трябва да бъде зададена в диапазона от 760 ~ 770 градуса, така че за да се гарантира качеството на коване на изковки TC4.

3. Перспективи за развитие на технологията за коване на титанови сплави

Процесът на коване на титанова сплав се използва широко в авиационната и космическата промишленост. Процесът на изотермично коване е използван при производството на части за двигатели и структурни части на самолети; също така става все по-популярен в автомобилната, електрическата и военноморската промишленост. Добре дошли. В чужди страни приложението на титанови сплави се е развило до много високо ниво и прилагането на TiAL сплави с по-висока температура и интерметални съединения е оценено от хората и са проведени много изследвания; за да се прилагат по-добре тези материали, в същото време са направени много проучвания върху тяхната технология на деформация. Хората също обръщат все повече внимание на изследванията на субтитанови сплави с по-висока якост. Приложението на титановата сплав и изследването на технологията за коване все още ще бъде гореща тема.