Аналіз та приклади застосування процесу кування титанового сплаву в авіаційній промисловості

Аналіз та приклади застосування процесу кування титанового сплаву в авіаційній промисловості

Резюме: в основному представлено титановий сплав і технологію кування. Взявши за приклад дефекти кування поковок TC4, виявлені в авіаційному виробництві, і процес удосконалення процесу, він аналізує характеристики процесу кування титанового сплаву та його застосування та перспективи розвитку в авіаційній промисловості.

1. Огляд

З великим розвитком національної економіки нашої країни, науки і техніки, аерокосмічна та авіаційна промисловість започаткувала нові можливості розвитку в останні роки, особливо після створення національного проекту «великих літаків», виробнича промисловість цивільної авіації стане нова точка економічного зростання, що веде національний економічний розвиток, з широкими перспективами розвитку. Для того, щоб постійно вдосконалювати передові, надійність і застосовність літаків і підвищувати конкурентоспроможність вітчизняних літаків на міжнародному ринку, виробничі підприємства цивільної авіації висувають все більш високі вимоги до підбір матеріалів авіаційного виготовлення; Основними характеристиками титанового сплаву є його мала питома вага, висока міцність, а також хороша термостійкість і стійкість до корозії. Він став основним матеріалом вибору для компонентів сучасних авіаційних сил, що значно зменшує вагу літака, серед яких поковки з титанового сплаву TC4 (Ti-6AL-4V) і TB6 частіше використовуються в авіації виробництво.

2. Класифікація титанових сплавів і процеси кування

За мікроструктурою при кімнатній температурі титанові сплави можна розділити на три типи: сплави -типу, сплави + -типу та сплави -типу. Серед них термопластичні сплави типу + - мають слабкий зв’язок зі швидкістю деформації, тоді як сплави типу - мають добру пластичність, але надто низька температура може спричинити виділення -фази. Процес кування титанового сплаву поділяється на звичайний кування та високотемпературне кування відповідно до співвідношення між температурою кування та температурою переходу.

2.1 Звичайне кування титанового сплаву

Зазвичай використовувані деформовані титанові сплави зазвичай кують нижче температури переходу, що називається звичайним куванням. Відповідно до температури нагрівання заготовки в (+) фазовій зоні її можна підрозділити на кування у верхній двофазній зоні та кування. в нижній двофазній зоні.?

2.1.1 Кування в нижній двофазній зоні

Кування в нижній двофазній зоні, як правило, нагрівається та кується на 40~50 градусів нижче температури переходу. У цей час фаза, що зароджується, одночасно бере участь у деформації. Чим нижча температура деформації, тим більше число фаз, що беруть участь у деформації. У порівнянні з деформацією області, процес рекристалізації фази в нижній двофазної області різко прискорюється. Нові зерна, утворені рекристалізацією, не тільки осідають уздовж деформованої початкової межі зерен, але також з’являються в проміжному шарі між межею зерен і листовим шаром. Поковки, виготовлені в цьому процесі, мають високу міцність і хорошу пластичність, але їх в’язкість до руйнування та властивості повзучості все ще мають великий потенціал.

2.1.2 Кування у верхній двофазній зоні

Його кують за температури на 10-15 градуси нижче точки фазового переходу /( + ). Остаточна тканина після деформації містить більше -трансформованої тканини, що може покращити продуктивність повзучості та в’язкість до руйнування; Пластичність, міцність і міцність титанового сплаву можна поєднати.

2.2 Високотемпературне кування титанового сплаву

Також відомий як "кування", він поділяється на два типи: перший - це технологічний метод нагрівання заготовки в зоні, початок і завершення кування в зоні; другий — технологічний метод нагрівання заготовки в зоні, початок кування в зоні та контроль великої деформації для завершення кування в двофазній зоні, що називається «підковкою». У порівнянні з двофазне зонне кування, кування може отримати вищу міцність на повзучість і в'язкість руйнування, що також сприяє поліпшенню втомних властивостей титанових сплавів.

2.3 Ізотермічне штампування титанового сплаву

Цей вид процесу використовує надпластичність і механізм повзучості матеріалу для виготовлення більш складних поковок, для чого потрібно попередньо нагріти форму та підтримувати її в діапазоні 760~980 градусів; гідравлічний прес застосовує тиск із заданим значенням, і робоча швидкість преса автоматично регулюється опором деформації заготовки. Оскільки форма нагрівається, немає необхідності використовувати такий швидкий рухомий промінь, щоб уникнути швидкого охолодження. Багато поковок, які використовуються в літаках, мають характеристики тонких стінок і високих ребер, тому цей вид процесу застосовувався в авіаційному виробництві, наприклад процес ізотермічного прецизійного кування з титанового сплаву TB6 певного типу вітчизняних літаків.

3. Аналіз дефектів та вдосконалення процесу поковок ТС4

3.1 Виникнення та аналіз дефектів поковок ТС4

Коли фабрика проводила пробне виробництво поковок TC4 відповідно до маяка, було виявлено, що деякі показники ефективності поковок не відповідають вимогам. Серед них індекс «розриву напруги з вирізом» становив менше 5 годин. З огляду на цю проблему спочатку слід проаналізувати металографічну структуру TC4, а потім знайти причину в процесі кування.

3.1.1 Морфологічна характеристика металографічної організації TC4

Титановий сплав TC4 є +титановим сплавом, складом є Ti―6AL-4V, відпалена структура є +фазою, що містить 6?Стабілізований елементарний алюміній покращує міцність -фази через зміцнення твердого розплаву та ванадій має меншу здатність стабілізувати -фазу. Таким чином, кількість -фаз у відпаленій тканині невелика і становить приблизно 7-10?.

За різних умов термічної обробки та термічної обробки пропорції, властивості та морфологія основних фаз і сплавів TC4 дуже різні. Температура переходу сплаву TC4 становить близько 1000 градусів. Якщо TC4 нагріти до 950 градусів, отримана тканина після охолодження на повітрі є новою + перехідною тканиною; якщо нагріти до 1100 градусів і охолодити повітрям, виходить товста і повністю трансформована тканина -фази, яка називається тканиною Вей. Якщо нагрівання і деформація діють одночасно, ефект більш очевидний. Сплав TC4 нагрівається вище температури переходу, але деформація невелика, і утворюється тканина Вей. Його організаційні характеристики: низька пластичність і ударна в'язкість, але хороший опір повзучості. Якщо початкова температура деформації вище переходу, але Ступінь деформації досить великий, результуючі характеристики тканини: частина межі зерна, витягнута фазою, подрібнюється, а частина смугастої фази спотворюється, що називається сітчастою тканиною. Вона характеризується кращою пластичністю та ударом міцність, ніж організація Вей, подібна до ізометричної тонкої кристалічної організації, довготривала висока температура та хороша продуктивність повзучості. Якщо температура нагрівання нижча за температуру переходу та ступінь деформації достатній, виходить ізометрична структура. Вона характеризується хороша загальна продуктивність, особливо висока пластичність і ударна в'язкість. Якщо високотемпературна частина області + фази деформується, а потім відпалюється при високій температурі, щоб утворити змішану структуру, її загальна продуктивність хороша.

З наведеного вище аналізу металографічної організації можна судити, що якщо продуктивність TC4 знижується, це може бути викликано двома ланками в процесі кування:

①Температура нагрівання занадто висока, досягає або перевищує температуру переходу;

②Ступінь деформації поковок недостатньо великий.

3.1.2 Аналіз процесу кування TC4

Вплив температури кування на розмір зерна та кімнатну температуру властивостей + титанового сплаву полягає в тому, що при підвищенні температури (вище фазового переходу) зерно стає більшим, тоді як подовження та усадка поперечного перерізу стають меншими, а пластичність зменшується. ; щоб забезпечити хороші загальні характеристики поковок TC4, їх слід кувати нижче температури переходу. Титановий сплав має високу стійкість до деформації, але погану теплопровідність. Під час кування, під сильним потоком сплаву та важким ударом молотком, деформація може призвести до того, що температура окремих частин кування перевищить температуру переходу, а ступінь деформації занадто великий, занадто малий та інші фактори призведуть до зерна. бути товстим, що призведе до зниження продуктивності. Виходячи з вищесказаного, можна попередньо визначити, що причини неякісної роботи поковок TC4 можуть бути викликані.:

①Температура партії кованих заготовок занадто висока при нагріванні, що перевищує точку переходу;

②коли один молот занадто важкий під час кування, ступінь деформації одного молота є занадто великим, що спричиняє локальний перегрів, агрегацію та рекристалізацію, і продуктивність погіршується.

③Температура термічної обробки після кування занадто висока, тому температура кування TC4 перевищує точку переходу, утворюючи тканину Wei та знижуючи продуктивність кування.

3.2 Зміни параметрів процесу кування TC4 та результати випробувань

3.2.1 Вибір і результати тестування параметрів

З огляду на наведений вище аналіз, змініть параметри процесу кування TC4 (таблиця 1) і зверніть увагу на легке та швидке кування під час кування одночасно. (Примітка: розмір різання￠50×113, розмір кування 50×65×65)

Результати випробувань: всі показники ефективності кваліфіковані, з яких індекс «руйнування від напруги надрізу» більше 5 годин.

3.2.2 Аналіз результатів випробувань

(1) Судячи з температури печі та початкової температури кування, температура нагрівання не є надто високою, навіть якщо вона перевищує 20 градусів, кваліфіковані деталі все одно можна викувати.

(2) У випробуванні використовувався один удар молотка, щоб злегка вдарити по швидкому пуансону, і продуктивність тестових поковок відповідала стандартам, доводячи, що легкий удар і швидкий удар були важливим фактором у покращенні продуктивності поковки.

(3) Температура термічної обробки після кування на 20 градусів нижча за вихідний параметр, що також може бути фактором покращення продуктивності, оскільки з точки зору температури, якщо температура печі досягає 795 градусів через відхилення контролю температури, це перевищує 780 градусів, зазначених у посібнику з виробництва, що призведе до зниження продуктивності поковок.

3.2.3 Перевірка та висновок результатів випробувань

З метою подальшої перевірки результатів випробування було проведено випробування в поєднанні з виробництвом (табл. 2), причому метод легкого і швидкого биття все ще зберігався під час удару; в результаті всі поковки витримали випробування, а індекс «розриву від напруги надрізу» був більше 5 годин.

Механічні властивості поковок із титанового сплаву TC4 до та після випробування наведені вище (таблиця 3). За допомогою випробування зроблено висновок, що при виготовленні поковок із титанового сплаву TC4 необхідно суворо контролювати параметри процесу кування; по-перше, зверніть увагу на легке та швидке кування в ковці, щоб зменшити деформацію одного молота, а по-друге, теоретичне значення температури термічної обробки після кування має бути встановлено в діапазоні 760~770 градусів, тому щоб забезпечити якість кування поковок TC4.

3. Перспективи розвитку технології кування титанових сплавів

Процес кування титанового сплаву широко використовується в авіаційній та аерокосмічній промисловості. Процес ізотермічного кування застосовувався у виробництві деталей двигунів і деталей конструкції літаків; він також стає все більш популярним в автомобільній, електроенергетиці та морській промисловості. Ласкаво просимо. У зарубіжних країнах застосування титанових сплавів розвинулося на дуже високому рівні, і застосування високотемпературних сплавів TiAL та інтерметалічних сполук було оцінено людьми, і було проведено багато досліджень; щоб краще застосовувати ці матеріали, водночас було проведено багато досліджень щодо технології їх деформації. Люди також приділяють все більше уваги дослідженням субтитанових сплавів з високою міцністю. Застосування титанового сплаву та Дослідження технології кування залишатимуться актуальною темою.