A titánötvözet kovácsolási eljárásának elemzése és alkalmazási példái a légi közlekedésben

A titánötvözet kovácsolási eljárásának elemzése és alkalmazási példái a légi közlekedésben

Összegzés: Főleg a titánötvözet és a kovácsolás technológiáját vezeti be. A TC4 kovácsolásnak a légiközlekedési gyártásban feltárt kovácsolási hibáit és az eljárás javításának folyamatát példaként véve elemzi a titánötvözet kovácsolás folyamatjellemzõit és a repülési iparban való alkalmazását és fejlesztési kilátásait.

1. Áttekintés

Hazánk nemzetgazdaságának, tudományának és technológiájának nagymértékű fejlődésével a repülőgépipar és a légiközlekedési ipar új fejlődési lehetőségeket nyitott meg az elmúlt években, különösen az országos „nagyrepülőgép” projekt létrejötte után, a polgári légiközlekedést gyártó ipar a polgári repülést gyártó iparág a nemzetgazdasági fejlődést vezető új gazdasági növekedési pont, széles fejlődési kilátásokkal. A repülőgépek fejlettségének, megbízhatóságának és alkalmazhatóságának folyamatos javítása, valamint a hazai repülőgépek nemzetközi piaci versenyképességének növelése érdekében a polgári repülést gyártó vállalkozások egyre magasabb követelményeket támasztanak a légi járművekkel szemben. repülőgépgyártási anyagok kiválasztása; A titánötvözet fő jellemzői a kis fajsúly, a nagy szilárdság, valamint a jó hő- és korrózióállóság. Ez lett a modern repülőgép-alkatrészek fő választott anyaga, nagymértékben csökkentve a repülőgép tömegét, köztük a TC4 (Ti-6AL-4V) és a TB6 titánötvözetből készült kovácsolásokat inkább a repülésben használják. gyártás.

2. A titánötvözetek osztályozása és a kovácsolási eljárások

A szobahőmérsékleten kialakult mikroszerkezet szerint a titánötvözetek három típusra oszthatók: -típusú ötvözetek, + -típusú ötvözetek és -típusú ötvözetek. Közülük a és + -típusú ötvözetek hőre lágyuló műanyagai kevéssé függenek össze az alakváltozási sebességgel, míg a -típusú ötvözetek jó alakíthatósággal rendelkeznek, de a túl alacsony hőmérséklet -fázisú kiválást okozhat. kovácsolás és magas hőmérsékletű kovácsolás a kovácsolási hőmérséklet és az átmeneti hőmérséklet kapcsolatának megfelelően.

2.1 Titánötvözet hagyományos kovácsolása

Az általánosan használt deformált titánötvözeteket általában az átmeneti hőmérséklet alatt kovácsolják, amelyet hagyományos kovácsolásnak neveznek. A nyersdarab melegítési hőmérséklete szerint a (+) fáziszónában a felső kétfázisú zónában lévő kovácsolásra és a kovácsolásra osztható. az alsó kétfázisú zónában.?

2.1.1 Kovácsolás az alsó kétfázisú zónában

Az alsó kétfázisú zónában a kovácsolást általában az átmeneti hőmérséklet alatt 40-50 fokkal melegítik és kovácsolják. Ekkor a kialakuló fázis és a deformációban egyszerre vesznek részt.Minél alacsonyabb a deformáció hőmérséklete, annál több fázis vesz részt a deformációban. A régió deformációjához képest a fázis átkristályosodási folyamata az alsó kétfázisú régió élesen felgyorsul. Az átkristályosítással keletkező új szemcsék nemcsak a deformált eredeti szemcsehatár mentén válnak ki, hanem a szemcsehatár és a lemezréteg közötti közbenső rétegben is megjelennek. Az ezzel az eljárással előállított kovácsolt anyagok nagy szilárdságúak és jó plaszticitásúak, de törésállóságuk, ill. a kúszó tulajdonságok még mindig nagy lehetőségeket rejtenek magukban.

2.1.2 Kovácsolás a felső kétfázisú zónában

A /( + ) fázisátmeneti pont alatt 10-15 fokkal kovácsolják. A deformáció utáni végső szövet több -transzformált szövetet tartalmaz, ami javíthatja a szövet kúszási teljesítményét és törési szívósságát; a titánötvözet plaszticitása, szilárdsága és szívóssága kombinálható.

2.2 Titánötvözet magas hőmérsékletű kovácsolása

Más néven "kovácsolás", két típusra oszlik: az első a nyersdarab zónában történő melegítésének folyamata, a kovácsolás megkezdése és befejezése a zónában; a második az a folyamatmódszer, amellyel a nyersdarabot a zónában melegítik, a zónában megkezdik a kovácsolást, és szabályozzák a nagyfokú deformációt a kovácsolás befejezéséhez a kétfázisú zónában, amelyet "alákovácsolásnak" neveznek. kétfázisú zónakovácsolás, a kovácsolás nagyobb kúszási szilárdságot és törési szilárdságot érhet el, ami szintén elősegíti a titánötvözetek fáradási tulajdonságainak javulását.

2.3 Izoterm kovácsolás titánötvözetből

Ez a fajta eljárás az anyag szuperplaszticitását és kúszási mechanizmusát használja fel összetettebb kovácsolások előállítására, amihez a formát elő kell melegíteni és 760-980 fokos tartományban kell tartani; a hidraulikus prés egy előre meghatározott értéken nyomást fejt ki, és a prés munkasebességét automatikusan beállítja a nyersdarab deformációs ellenállása. Mivel a forma felmelegszik, nincs szükség ilyen gyorsan mozgatható gerendára a gyors lehűlés elkerülése érdekében. A repülőgépekben használt sok kovácsolás vékony falú és magas bordákkal rendelkezik, ezért ezt a fajta eljárást alkalmazták a repülőgépgyártásban, mint például a TB6 titánötvözet izoterm precíziós kovácsolási eljárása bizonyos típusú hazai repülőgépeknél.

3. TC4 kovácsolt termékek hibaelemzése és folyamatjavítása

3.1 A TC4 kovácsolások hibáinak előfordulása és elemzése

Amikor egy gyár a jelzőfény szerint TC4 kovácsolt anyagok próbagyártását végezte, a kovácsolt termékek több teljesítménymutatója minősíthetetlennek bizonyult. Közülük a "bevágásos stressztörés" indexe kevesebb, mint 5 óra volt. Ennek a problémának a tükrében először a TC4 metallográfiai szerkezetét kell elemezni, majd a kovácsolási folyamatból megkeresni az okot.

3.1.1 A TC4 metallográfiai szerveződésének morfológiai jellemzői

A TC4 titánötvözet + titánötvözet, összetétele Ti―6AL-4V, az izzított szerkezet + fázisú, 6-ot tartalmaz? A -stabilizált elemi alumínium szilárd olvadékerősítés révén javítja a -fázis szilárdságát, ill. a vanádium kisebb mértékben képes stabilizálni a -fázist. Ezért a lágyított szövetben a -fázisok száma kicsi, körülbelül 7-10?.

Különböző hőkezelési és termikus feldolgozási körülmények között az alapfázisok és a TC4 ötvözetek aránya, tulajdonságai és morfológiája nagyon eltérő. A TC4 ötvözet átmeneti hőmérséklete körülbelül 1000 fok. Ha a TC4-et 950 fokra melegítjük, akkor a levegőhűtés után keletkező szövet születő + átmeneti szövet; ha 1100 fokra melegítjük és léghűtjük, vastag és teljesen átalakult -fázisú szövetet kapunk, amit Wei-szövetnek nevezünk. Ha a melegítés és a deformáció egyszerre hat, a hatás nyilvánvalóbb. A TC4 ötvözetet az átmeneti hőmérséklet fölé hevítik, de a deformáció kicsi, és kialakul a Wei szövet. Szervezeti jellemzői: alacsony plaszticitás és ütésállóság, de jó kúszásállóság.Ha a kezdeti deformációs hőmérséklet az átmenet felett van, de a deformáció mértéke kellően nagy, a kapott szöveti jellemzők a következők: a fázis által húzott szemcsehatárrész összetörik, a csíkos fázisrész pedig torzul, amit hálószerű szövetnek nevezünk. Jobb plaszticitás és ütés jellemzi szívósabb, mint a Wei-féle szerkezet, hasonló az izometrikus finomkristályos szerveződéshez, hosszan tartó magas hőmérséklet és jó kúszási teljesítmény.Ha a hevítési hőmérséklet alacsonyabb, mint az átmeneti hőmérséklet és a deformáció mértéke elegendő, akkor izometrikus szerkezetet kapunk. Jellemzője: jó általános teljesítmény, különösen nagy plaszticitás és ütésállóság. Ha a + fázis tartomány magas hőmérsékletű része deformálódik, majd magas hőmérsékleten lágyul, hogy vegyes szerkezetet képezzen, általános teljesítménye jó.

A metallográfiai szervezet fenti elemzéséből megállapítható, hogy ha a TC4 teljesítménye csökken, azt a kovácsolási folyamat két láncszeme okozhatja.:

①A fűtési hőmérséklet túl magas, eléri vagy meghaladja az átmeneti hőmérsékletet;

② A kovácsolt darabok deformációja nem elég nagy.

3.1.2 TC4 kovácsolási folyamatelemzés

A kovácsolás hőmérsékletének hatása a + titánötvözet szemcseméretére és szobahőmérsékleti tulajdonságaira, hogy a hőmérséklet emelkedésével (a fázisátalakulás felett) a szemcse nagyobb lesz, míg a nyúlás és a keresztmetszet zsugorodása csökken, a plaszticitás pedig csökken. ; annak érdekében, hogy a TC4 kovácsolt termékek jó általános teljesítményt nyújtsanak, azokat az átmeneti hőmérséklet alatt kell kovácsolni. A titánötvözet nagy deformációs ellenállással rendelkezik, de rossz hővezető képességgel rendelkezik. A kovácsolás során az ötvözet heves áramlása és erős kalapálás alatt a deformáció hatására a kovácsolás egyes részeinek hőmérséklete meghaladhatja az átmeneti hőmérsékletet, és a deformáció mértéke túl nagy, túl kicsi és egyéb tényezők okozhatják a szemcsét. vastagnak kell lennie, ami csökkenti a teljesítményt. A fentiek alapján előzetesen megállapítható, hogy a TC4 kovácsolások nem megfelelő teljesítményének okai lehetnek.:

①A kovácsolt nyersdarabok tételének hőmérséklete melegítéskor túl magas, és meghaladja az átmeneti pontot;

②Ha egyetlen kalapács túl nehéz a kovácsolás során, az egyetlen kalapács deformációs foka túl nagy, ami helyi túlmelegedést, aggregációt és átkristályosodást okoz, és a teljesítmény romlik.

③ A kovácsolás utáni hőkezelési hőmérséklet túl magas, így a TC4 kovácsolás hőmérséklete meghaladja az átmeneti pontot, így Wei-szövet alakul ki, és csökkenti a kovácsolás teljesítményét.

3.2 TC4 kovácsolási folyamat paramétereinek változásai és vizsgálati eredményei

3.2.1 A vizsgálati paraméterek kiválasztása és eredményei

A fenti elemzés alapján változtassa meg a TC4 kovácsolási folyamat paramétereit (1. táblázat), és ügyeljen a könnyű és gyors kovácsolásra egyidejű kovácsoláskor. (Megjegyzés: Vágási méret￠50×113, kovácsolási méret 50×65×65)

Vizsgálati eredmények: Minden teljesítménymutató minősített, amelyek közül a „bevágási feszültségtörés” indexe nagyobb, mint 5 óra.

3.2.2 A vizsgálati eredmények elemzése

(1) A kemence hőmérsékletéből és a kezdeti kovácsolási hőmérsékletből ítélve a fűtési hőmérséklet nem túl magas, még akkor sem, ha meghaladja a 20 fokot, a minősített alkatrészek továbbra is kovácsolhatók.

(2) A teszt során egyetlen kalapácsütést alkalmaztak a gyors ütés enyhe eltalálására, és a tesztkovácsolás teljesítménye megfelelt a szabványnak, bizonyítva, hogy a könnyű ütés és a gyors ütés fontos tényező volt a ütés teljesítményének javításában. kovácsolás.

(3) A kovácsolás utáni hőkezelési hőmérséklet 20 fokkal alacsonyabb az eredeti paraméternél, ami szintén a teljesítményt javító tényező lehet, mert hőmérsékleti szempontból, ha a kemence hőmérséklete a hőmérsékletszabályozási eltérés miatt eléri a 795 fokot, ez meghaladja a gyártási kézikönyvben meghatározott 780 fokot, ami a kovácsoltság teljesítményének csökkenéséhez vezet.

3.2.3. A vizsgálati eredmények ellenőrzése és következtetése

A vizsgálati eredmények további ellenőrzése érdekében a gyártással kombinált tesztet végeztünk (2. táblázat), és a kalapácsolás során továbbra is fenntartottuk a könnyű és gyors verés módszerét; az eredmény az volt, hogy az összes kovácsolt anyag megfelelt a tesztnek, és a "bevágási feszültségtörés" indexe nagyobb volt, mint 5 óra.

A TC4 titánötvözetből készült kovácsoltságok mechanikai tulajdonságait a vizsgálat előtt és után a fentiekben mutatjuk be (3. táblázat). A vizsgálat során arra a következtetésre jutottak, hogy a TC4 titánötvözetből készült kovácsoltvasok gyártása során a kovácsolás folyamatparamétereit szigorúan ellenőrizni kell; először is ügyeljen a könnyű és gyors kovácsolásra a kovácsolásban, hogy csökkentse az egyetlen kalapács deformációját, másodszor, a hőkezelési hőmérséklet elméleti értékét a kovácsolás után 760-770 fokos tartományban kell beállítani, így mint a TC4 kovácsolt anyagok kovácsolási minőségének biztosítására.

3. A titánötvözet kovácsolási technológia fejlesztési kilátásai

A titánötvözet kovácsolási eljárását széles körben használják a légi közlekedésben és a repülőgépgyártásban. Az izoterm kovácsolási eljárást motoralkatrészek és repülőgép-szerkezeti alkatrészek gyártása során alkalmazták; az autóiparban, a villamosenergia- és a haditengerészetben is egyre népszerűbb. Üdvözöljük.Külföldön a titánötvözetek alkalmazása igen magas szintre fejlődött, a magasabb hőmérsékletű TiAL ötvözetek és intermetallikus vegyületek alkalmazását az emberek nagyra értékelték, sok kutatást végeztek; ezeknek az anyagoknak a jobb alkalmazása érdekében ugyanakkor számos tanulmány készült a deformációs technológiájukról. Az emberek egyre nagyobb figyelmet fordítanak a nagyobb szilárdságú szubtitánötvözetek kutatására is. A titánötvözetek alkalmazása, ill. a kovácsolástechnika kutatása továbbra is forró téma lesz.