Анализ и примеры применения процесса ковки титановых сплавов в авиационной промышленности

Анализ и примеры применения процесса ковки титановых сплавов в авиационной промышленности

Резюме: В основном он представляет титановый сплав и технологию ковки. На примере кузнечных дефектов поковок ТС4, встречающихся в авиационном производстве, и процесса совершенствования процесса проанализированы технологические характеристики поковки титанового сплава, его применение и перспективы развития в авиационной промышленности.

1. Обзор

Благодаря значительному развитию национальной экономики, науки и техники нашей страны, аэрокосмическая и авиационная промышленность в последние годы открыли новые возможности для развития, особенно после создания национального проекта «больших самолетов», промышленность гражданской авиации станет новая точка экономического роста, ведущая к национальному экономическому развитию, с широкими перспективами развития. Чтобы постоянно совершенствовать передовые, надежные и применимые самолеты и повышать конкурентоспособность отечественных самолетов на международном рынке, предприятия-производители гражданской авиации предъявляют все более высокие требования к подбор материалов авиационного изготовления; Основными характеристиками титанового сплава являются его малый удельный вес, высокая прочность, хорошая жаростойкость и коррозионная стойкость. Он стал основным материалом для компонентов современных самолетов, значительно снижая вес самолета, среди которых в авиации больше используются поковки из титановых сплавов TC4 (Ti-6AL-4V) и TB6. производство.

2. Классификация титановых сплавов и процессов ковки.

По микроструктуре при комнатной температуре титановые сплавы можно разделить на три типа: сплавы -типа, сплавы + -типа и сплавы -типа. Среди них термопласты сплавов типа + - мало связаны со скоростью деформации, в то время как сплавы типа - имеют хорошую ковкость, но слишком низкая температура может вызвать выделение - фазы. Процесс ковки титанового сплава делится на обычный ковка и высокотемпературная ковка в зависимости от соотношения между температурой ковки и температурой перехода.

2.1 Обычная ковка титанового сплава

Обычно используемые деформированные титановые сплавы обычно куют ниже температуры перехода, что называется традиционной ковкой. По температуре нагрева заготовки в зоне фазы (+) ее можно разделить на ковку в верхней двухфазной зоне и ковку. в нижней двухфазной зоне.?

2.1.1 Ковка в нижней двухфазной зоне

Ковка в нижней двухфазной зоне обычно нагревается и куется при температуре на 40–50 градусов ниже температуры перехода. В это время зарождающаяся фаза и участвуют в деформации одновременно. Чем ниже температура деформации, тем больше фаз участвует в деформации. По сравнению с деформированной областью, процесс рекристаллизации фазы в нижних двухфазная область резко ускоряется. Новые зерна, образующиеся в результате рекристаллизации, не только выделяются вдоль деформированной исходной границы зерна, но и появляются в промежуточном слое между границей зерна и листовым слоем. Поковки, полученные этим процессом, имеют высокую прочность и хорошую пластичность, но их вязкость разрушения и Свойства ползучести все еще имеют большой потенциал.

2.1.2 Ковка в верхней двухфазной зоне

Его куют при температуре на 10-15 градусов ниже точки фазового перехода /( + ). Окончательная ткань после деформации содержит больше -преобразованной ткани, что может улучшить характеристики ползучести и вязкость ткани при разрушении; Пластичность, прочность и вязкость титанового сплава можно сочетать.

2.2 Высокотемпературная ковка титанового сплава

Также известный как «ковка», он делится на два типа: первый — это технологический метод нагрева заготовки в зоне, начала и завершения ковки в зоне; второй - это технологический метод нагрева заготовки в зоне, начала ковки в зоне и контроля большой степени деформации для завершения ковки в двухфазной зоне, называемый «подковкой». По сравнению с Двухфазная зонная ковка позволяет получить более высокую прочность ползучести и вязкость разрушения, что также способствует улучшению усталостных свойств титановых сплавов.

2.3 Изотермическая штамповка титанового сплава

В этом процессе используется сверхпластичность и механизм ползучести материала для производства более сложных поковок, что требует предварительного нагрева формы и поддержания ее в диапазоне 760–980 градусов; гидравлический пресс оказывает давление на заданную величину, а рабочая скорость пресса автоматически регулируется в зависимости от сопротивления деформации заготовки. Поскольку форма нагревается, нет необходимости использовать такую ​​быстро подвижную балку, чтобы избежать быстрого охлаждения. Многие поковки, используемые в самолетах, имеют тонкие стенки и высокие ребра, поэтому этот тип процесса был применен в авиационном производстве, например, процесс изотермической прецизионной ковки из титанового сплава TB6 для определенного типа отечественных самолетов.

3. Анализ дефектов и улучшение процесса поковок TC4.

3.1 Возникновение и анализ дефектов поковок ТС4

Когда завод провел пробное производство поковок TC4 в соответствии с маяком, было обнаружено, что некоторые показатели производительности поковок не соответствуют требованиям. Среди них индекс «вырезного стрессового перелома» составил менее 5 часов. Учитывая эту проблему, сначала следует проанализировать металлографическую структуру TC4, а затем найти причину в процессе ковки.

3.1.1 Морфологическая характеристика металлографической организации ТС4

Титановый сплав TC4 представляет собой + титановый сплав, состав Ti―6AL-4V, отожженная структура представляет собой + фазу, содержащую 6? -стабилизированный элементарный алюминий улучшает прочность -фазы за счет упрочнения твердого расплава, и ванадий обладает меньшей способностью стабилизировать -фазу. Поэтому число -фаз в отожженной ткани невелико и составляет около 7-10?.

При различных условиях термообработки и термической обработки пропорции, свойства и морфология основных фаз и сплавов TC4 сильно различаются. Температура перехода сплава TC4 составляет около 1000 градусов. Если TC4 нагреть до 950 градусов, полученная ткань после охлаждения на воздухе будет зарождающейся + переходной тканью; при нагревании до 1100 градусов и охлаждении на воздухе получается толстая и полностью преобразованная -фазная ткань, называемая тканью Вэя. Если одновременно действуют нагрев и деформация, эффект более очевиден. Сплав ТС4 нагревается выше температуры перехода, но деформация невелика, и образуется ткань Вея. Его организационные характеристики: низкая пластичность и ударная вязкость, но хорошее сопротивление ползучести. Если начальная температура деформации выше температуры перехода, но степень деформации достаточно велика, результирующие характеристики ткани таковы: зернограничная часть, нарисованная фазой, раздавливается, а полосатая фазовая часть искажается, что называется сетчатой ​​тканью. Она характеризуется лучшей пластичностью и ударопрочностью. прочность, чем у организации Вэя, аналогичная изометрической мелкокристаллической организации, длительная высокая температура и хорошие характеристики ползучести. Если температура нагрева ниже температуры перехода и степень деформации достаточна, получается изометрическая структура. Она характеризуется хорошие общие характеристики, особенно высокая пластичность и ударная вязкость. Если высокотемпературная часть области + фазы деформируется, а затем отжигается при высокой температуре с образованием смешанной структуры, ее общие характеристики хорошие.

Из приведенного выше анализа металлографической организации можно судить, что снижение работоспособности ТС4 может быть вызвано двумя звеньями процесса ковки:

①Температура нагрева слишком высокая, достигает или превышает температуру перехода;

②Степень деформации поковок недостаточно велика.

3.1.2 Анализ процесса ковки TC4

Влияние температуры ковки на размер зерна и комнатно-температурные свойства титанового сплава + заключается в том, что с повышением температуры (выше фазового перехода) зерно становится крупнее, а относительное удлинение и поперечная усадка становятся меньшими, а пластичность снижается. ; Чтобы гарантировать, что поковки TC4 имеют хорошие общие характеристики, их следует ковать при температуре ниже температуры перехода. Титановый сплав имеет высокую устойчивость к деформации, но плохую теплопроводность. Во время ковки, при сильном течении сплава и сильном ударе молотком, деформация может привести к тому, что температура отдельных частей поковки превысит температуру перехода, а степень деформации будет слишком большой или слишком маленькой, а другие факторы могут привести к повреждению зерна. быть толстыми, что приведет к снижению эксплуатационных характеристик. На основании вышеизложенного можно предварительно определить, что причинами некачественной работы поковок ТС4 могут быть вызваны:

①Температура партии кованых заготовок при нагреве слишком высока, превышая точку перехода;

②Когда одиночный молоток слишком тяжел во время ковки, степень деформации одного молотка слишком велика, вызывая локальный перегрев, агрегацию и рекристаллизацию, а производительность ухудшается.

③Температура термообработки после ковки слишком высока, поэтому температура поковки TC4 превышает точку перехода, образуя ткань Вея и снижая производительность ковки.

3.2 Изменения параметров процесса ковки TC4 и результаты испытаний

3.2.1 Выбор и результаты параметров испытаний

С учетом приведенного выше анализа измените параметры процесса ковки TC4 (таблица 1) и обратите внимание на легкую и быструю ковку при одновременной ковке. (Примечание: размер резки￠50×113, размер поковки 50×65×65).

Результаты испытаний: Все показатели работоспособности являются квалифицированными, из них показатель «излом под напряжением» превышает 5 часов.

3.2.2 Анализ результатов испытаний

(1) Судя по температуре печи и начальной температуре ковки, температура нагрева не слишком высока, даже если она превышает 20 градусов, квалифицированные детали все равно можно ковать.

(2) В ходе испытания использовался одиночный удар молотка, чтобы слегка ударить быстрый пуансон, и характеристики тестируемых поковок были на должном уровне, что доказывает, что легкий пуансон и быстрый пуансон были важным фактором в улучшении характеристик штампа. поковки.

(3) Температура термообработки после ковки на 20 градусов ниже исходного параметра, что также может быть фактором улучшения производительности, поскольку с температурной точки зрения, если температура печи достигает 795 градусов из-за отклонения контроля температуры, это превышает 780 градусов, указанные в инструкции по производству, что приведет к снижению эксплуатационных характеристик поковок.

3.2.3 Проверка и заключение результатов испытаний

Для дальнейшей проверки результатов испытаний проводили испытание в сочетании с производственным (табл. 2), при этом при ковке сохраняли метод легкого и быстрого избиения; в результате все поковки выдержали испытание, а показатель «излом под напряжением» составил более 5 часов.

Механические свойства поковок из титанового сплава ТС4 до и после испытаний приведены выше (табл. 3). В результате испытания сделан вывод, что при производстве поковок из титанового сплава ТС4 параметры процесса ковки должны строго контролироваться; во-первых, обратите внимание на легкую и быструю ковку при ковке, чтобы уменьшить деформацию одного молотка, а во-вторых, теоретическое значение температуры термообработки после ковки должно быть установлено в диапазоне 760 ~ 770 градусов, поэтому чтобы обеспечить качество ковки поковок TC4.

3. Перспективы развития технологии ковки титановых сплавов.

Процесс ковки титанового сплава широко используется в авиационной и аэрокосмической промышленности. Процесс изотермической ковки применяется при производстве деталей двигателей и конструктивных деталей самолетов; он также становится все более популярным в автомобильной, электроэнергетической и военно-морской промышленности. Добро пожаловать. В зарубежных странах применение титановых сплавов развилось до очень высокого уровня, а применение высокотемпературных сплавов TiAL и интерметаллических соединений было оценено людьми, и было проведено множество исследований; В то же время, чтобы лучше применять эти материалы, было проведено множество исследований по технологии их деформации. Люди также уделяют все больше внимания исследованиям высокопрочных субтитановых сплавов. Применение титановых сплавов и исследование технологии ковки по-прежнему будет горячей темой.