Analiza i primjeri primjene procesa kovanja legure titana u zrakoplovnoj industriji

Analiza i primjeri primjene procesa kovanja legure titana u zrakoplovnoj industriji

Sažetak: Uglavnom predstavlja leguru titana i tehnologiju kovanja. Uzimajući kao primjer nedostatke kovanja TC4 otkovaka pronađene u zrakoplovnoj proizvodnji i proces poboljšanja procesa, analiziraju se značajke procesa kovanja legure titana i njegove primjene i izgledi za razvoj u zrakoplovnoj industriji.

1. Pregled

S velikim razvojem nacionalnog gospodarstva te znanosti i tehnologije naše zemlje, zrakoplovna i zrakoplovna industrija otvorile su nove razvojne mogućnosti posljednjih godina, posebno nakon uspostave nacionalnog projekta "velikih zrakoplova", proizvodna industrija civilnog zrakoplovstva postat će nova točka gospodarskog rasta koja predvodi nacionalni gospodarski razvoj, sa širokim izgledima za razvoj. Kako bi kontinuirano poboljšavali naprednost, pouzdanost i primjenjivost zrakoplova i povećali konkurentnost domaćih zrakoplova na međunarodnom tržištu, proizvodna poduzeća za civilno zrakoplovstvo imaju sve veće zahtjeve za izbor materijala za zrakoplovnu proizvodnju; Glavne karakteristike legure titana su mala specifična težina, visoka čvrstoća i dobra otpornost na toplinu i koroziju. Postao je glavni izbor materijala za komponente snaga modernih zrakoplova, uvelike smanjujući težinu zrakoplova, među kojima se TC4 (Ti-6AL-4V) i TB6 otkivci od legure titana više koriste u zrakoplovstvu proizvodnja.

2. Podjela titanovih legura i postupci kovanja

Prema mikrostrukturi na sobnoj temperaturi, legure titana mogu se podijeliti u tri vrste: legure tipa, + -legure tipa i legure tipa. Među njima, termoplasti legura tipa + - imaju malo veze s brzinom deformacije, dok legure tipa - imaju dobru savitljivost, ali preniska temperatura može uzrokovati taloženje - faze. Proces kovanja titanovih legura dijeli se na konvencionalne kovanje i visokotemperaturno kovanje prema odnosu između temperature kovanja i prijelazne temperature.

2.1 Konvencionalno kovanje legure titana

Uobičajeno korištene deformirane legure titana obično se kovaju ispod temperature prijelaza, što se naziva konvencionalno kovanje. Prema temperaturi zagrijavanja prirobka u (+) faznoj zoni, može se podijeliti na kovanje u gornjoj dvofaznoj zoni i kovanje u donjoj dvofaznoj zoni.?

2.1.1 Kovanje u donjoj dvofaznoj zoni

Kovanje u donjoj dvofaznoj zoni općenito se zagrijava i kuje na 40~50 stupnjeva ispod temperature prijelaza. U ovom trenutku, početna faza i sudjeluju u deformaciji u isto vrijeme. Što je niža temperatura deformacije, to je veći broj faza uključenih u deformaciju. U usporedbi s deformacijom regije, proces rekristalizacije faze u nižoj dvofazno područje se naglo ubrzava. Nova zrna nastala rekristalizacijom ne samo da se talože duž deformirane izvorne granice zrna, već se pojavljuju i u međusloju između granice zrna i sloja lima. Otkovci proizvedeni ovim postupkom imaju visoku čvrstoću i dobru plastičnost, ali njihova žilavost na lom i svojstva puzanja još uvijek imaju veliki potencijal.

2.1.2 Kovanje u gornjoj dvofaznoj zoni

Kova se na temperaturi od 10-15 stupnjeva ispod /( + ) točke faznog prijelaza. Konačno tkivo nakon deformacije sadrži više -transformiranog tkiva, što može poboljšati performanse puzanja i otpornost na lom; plastičnost, čvrstoća i žilavost legure titana mogu se kombinirati.

2.2 Visokotemperaturno kovanje legure titana

Također poznat kao " kovanje ", dijeli se na dvije vrste: prva je procesna metoda zagrijavanja sirovog proizvoda u zoni, početak i završetak kovanja u zoni; druga je procesna metoda zagrijavanja sirovog proizvoda u zoni, započinjanje kovanja u zoni i kontroliranje velike količine deformacije kako bi se dovršilo kovanje u dvofaznoj zoni, što se naziva "podkovanje". U usporedbi s dvofazno zonsko kovanje, kovanjem se može postići veća čvrstoća puzanja i žilavost loma, što također pogoduje poboljšanju svojstava zamora titanovih legura.

2.3 Izotermno kovanje legure titana

Ova vrsta procesa koristi superplastičnost i mehanizam puzanja materijala za proizvodnju složenijih otkovaka, što zahtijeva da se kalup prethodno zagrije i održava u rasponu od 760~980 stupnjeva; hidraulička preša primjenjuje pritisak na unaprijed određenu vrijednost, a radna brzina preše automatski se podešava prema otpornosti na deformaciju uzorka. Budući da se kalup zagrijava, nema potrebe za korištenjem tako brze pokretne grede kako bi se izbjeglo brzo hlađenje. Mnogi otkovci koji se koriste u zrakoplovima imaju karakteristike tankih stijenki i visokih rebara, tako da je ova vrsta procesa primijenjena u proizvodnji zrakoplova, kao što je TB6 postupak izotermalnog preciznog kovanja u kalupu određene vrste domaćih zrakoplova.

3. Analiza grešaka i poboljšanje procesa TC4 otkovaka

3.1 Pojava i analiza grešaka u otkovcima TC4

Kada je tvornica provela probnu proizvodnju TC4 otkivaka prema beaconu, otkriveno je da nekoliko pokazatelja izvedbe otkivaka nije kvalificirano. Među njima je indeks "loma zarezom" bio manji od 5 sati. S obzirom na ovaj problem, prvo treba analizirati metalografsku strukturu TC4, a zatim pronaći razlog u procesu kovanja.

3.1.1 Morfološke karakteristike metalografske organizacije TC4

TC4 legura titana je legura + titana, sastav je Ti―6AL-4V, žarena struktura je + faza, koja sadrži 6? -stabilizirani elementarni aluminij poboljšava čvrstoću -faze kroz jačanje čvrste taline, i vanadij ima manju sposobnost stabilizacije -faze. Stoga je broj -faza u žarenom tkivu malen i iznosi oko 7-10?.

Pod različitim uvjetima toplinske obrade i toplinske obrade, proporcije, svojstva i morfologija osnovnih faza i TC4 legura su vrlo različite. Prijelazna temperatura TC4 legure je oko 1000 stupnjeva. Ako se TC4 zagrije na 950 stupnjeva, dobiveno tkivo nakon hlađenja zrakom je novo + prijelazno tkivo; ako se zagrijava na 1100 stupnjeva i hladi zrakom, dobiva se gusto i potpuno transformirano tkivo -faze, koje se naziva Weijevo tkivo. Ako zagrijavanje i deformacija djeluju istovremeno, učinak je očitiji. Legura TC4 se zagrijava iznad temperature prijelaza, ali je deformacija mala, i nastaje Weijevo tkivo. Njene organizacijske karakteristike su: niska plastičnost i udarna žilavost, ali dobra otpornost na puzanje. Ako je početna temperatura deformacije iznad prijelazne, ali ako je stupanj deformacije dovoljno velik, rezultirajuće karakteristike tkiva su: granični dio zrna koji je nacrtana faza je zgnječen, a prugasti fazni dio je iskrivljen, što se naziva mrežasto tkivo. Karakterizira ga bolja plastičnost i udar žilavost od Weijeve organizacije, slična izometrijskoj finoj kristalnoj organizaciji, dugotrajna visoka temperatura i dobra izvedba puzanja. Ako je temperatura zagrijavanja niža od temperature prijelaza i stupanj deformacije je dovoljan, dobiva se izometrijska struktura. Karakterizira je dobra ukupna izvedba, posebno visoka plastičnost i udarna žilavost. Ako se visokotemperaturni dio područja + faze deformira i zatim žari na visokoj temperaturi kako bi se formirala mješovita struktura, njegova ukupna izvedba je dobra.

Iz gornje analize metalografske organizacije može se procijeniti da ako se učinak TC4 smanji, to mogu uzrokovati dvije veze u procesu kovanja.:

①Temperatura grijanja je previsoka, dostiže ili premašuje prijelaznu temperaturu;

②Stupanj deformacije otkovaka nije dovoljno velik.

3.1.2 Analiza procesa kovanja TC4

Utjecaj temperature kovanja na veličinu zrna i svojstva sobne temperature legure + titana je da s porastom temperature (iznad faznog prijelaza) zrno postaje veće, dok produljenje i skupljanje poprečnog presjeka postaju manji, a plastičnost se smanjuje. ; kako bi se osiguralo da TC4 otkovci imaju dobre ukupne performanse, trebali bi se kovati ispod temperature prijelaza. Legura titana ima visoku otpornost na deformaciju, ali slabu toplinsku vodljivost. Tijekom kovanja, pod nasilnim strujanjem legure i teškim udarcem čekićem, deformacija može uzrokovati da temperatura pojedinih dijelova otkivka premaši prijelaznu temperaturu, a stupanj deformacije je prevelik, premalen i drugi čimbenici uzrokovat će zrnatost biti debeo, što će smanjiti izvedbu. Na temelju gore navedenog, može se preliminarno utvrditi da razlozi za nestandardnu ​​izvedbu TC4 otkovaka mogu biti uzrokovani.:

①Temperatura šarže kovanih proizvoda je previsoka kada se zagrijava, premašujući točku prijelaza;

②kada je jedan čekić pretežak tijekom kovanja, stupanj deformacije jednog čekića je prevelik, uzrokujući lokalno pregrijavanje i agregaciju i rekristalizaciju, a performanse su degradirane.

③Temperatura toplinske obrade nakon kovanja je previsoka, tako da temperatura TC4 kovanja premašuje prijelaznu točku, stvarajući Weijevo tkivo i smanjujući učinak kovanja.

3.2 Promjene parametara procesa kovanja TC4 i rezultati ispitivanja

3.2.1 Odabir i rezultati ispitnih parametara

S obzirom na gornju analizu, promijenite parametre procesa kovanja TC4 (tablica 1) i obratite pozornost na lagano i brzo kovanje kada istovremeno kovate. (Napomena: veličina rezanja￠50×113, veličina otkivka 50×65×65)

Rezultati ispitivanja: Svi pokazatelji učinkovitosti su kvalificirani, od kojih je indeks "sloma naprezanja" veći od 5 sati.

3.2.2 Analiza rezultata ispitivanja

(1) Sudeći prema temperaturi peći i početnoj temperaturi kovanja, temperatura zagrijavanja nije previsoka, čak i ako prelazi 20 stupnjeva, kvalificirani dijelovi još uvijek se mogu kovati.

(2) U ispitivanju je korišten jedan udarac čekićem da se lagano udari brzi proboj, a izvedba ispitnih otkovaka bila je na razini standarda, što dokazuje da su lagano i brzo probijanje važan čimbenik u poboljšanju učinka otkivaka. otkovci.

(3) Temperatura toplinske obrade nakon kovanja je 20 stupnjeva niža od izvornog parametra, što također može biti faktor u poboljšanju performansi, jer s temperaturnog gledišta, ako temperatura peći dosegne 795 stupnjeva zbog odstupanja kontrole temperature, to prelazi 780 stupnjeva navedenih u proizvodnom priručniku, što će dovesti do smanjenja performansi otkovaka.

3.2.3 Provjera i zaključivanje rezultata ispitivanja

Kako bi se dodatno provjerili rezultati ispitivanja, provedeno je ispitivanje u kombinaciji s izradom (tablica 2), a tijekom udarca i dalje je zadržana metoda laganog i brzog udaranja; rezultat je bio da su svi otkivci prošli test, a indeks "loma naprezanja" bio je veći od 5 sati.

Mehanička svojstva TC4 otkivaka od legure titana prije i poslije ispitivanja prikazana su gore (tablica 3). Kroz ispitivanje se zaključuje da pri proizvodnji otkivaka od TC4 legure titana, procesni parametri kovanja trebaju biti strogo kontrolirani; prije svega, obratite pozornost na lagano i brzo kovanje u kovanju kako biste smanjili deformaciju jednog čekića, i drugo, teorijsku vrijednost temperature toplinske obrade nakon kovanja treba postaviti u rasponu od 760~770 stupnjeva, tako da kako bi se osigurala kvaliteta kovanja TC4 otkivaka.

3. Perspektive razvoja tehnologije kovanja legure titana

Proces kovanja legure titana naširoko se koristi u zrakoplovnoj i svemirskoj industriji. Izotermički postupak kovanja korišten je u proizvodnji dijelova motora i konstrukcijskih dijelova zrakoplova; također postaje sve popularniji u automobilskoj, elektroenergetskoj i pomorskoj industriji. Dobrodošli. U stranim zemljama, primjena legura titana razvila se na vrlo visoku razinu, a ljudi su cijenili primjenu legura TiAL na višim temperaturama i intermetalnih spojeva te su provedena mnoga istraživanja; Kako bi se ovi materijali što bolje primijenili, istodobno su provedena mnoga istraživanja o njihovoj tehnologiji deformiranja. Ljudi također posvećuju sve više pozornosti istraživanju subtitanovih legura veće čvrstoće. Primjena titanovih legura i istraživanje tehnologije kovanja i dalje će biti vruća tema.