Analyse og anvendelseseksempler på smedning af titanlegeringer i luftfartsindustrien

Analyse og anvendelseseksempler på smedning af titanlegeringer i luftfartsindustrien

Resumé: Det introducerer hovedsageligt titanlegering og smedningsteknologi. Med smedningsfejlene i TC4 smedninger fundet i luftfartsproduktion og processen med at forbedre processen som et eksempel, analyserer den procesegenskaberne for titanlegeringssmedning og dets anvendelses- og udviklingsmuligheder i luftfartsindustrien.

1. Overblik

Med den store udvikling af vores lands nationale økonomi og videnskab og teknologi har rumfarts- og luftfartsindustrien indvarslet nye udviklingsmuligheder i de senere år, især efter etableringen af ​​det nationale "store fly"-projekt, vil den civile luftfarts fremstillingsindustri blive en nyt økonomisk vækstpunkt, der fører den nationale økonomiske udvikling, med brede udsigter til udvikling. For løbende at forbedre den avancerede, pålidelighed og anvendelighed af fly og øge det internationale markedskonkurrenceevne for indenlandske fly, har civile luftfartsvirksomheder højere og højere krav til udvælgelse af materialer til fremstilling af luftfart; De vigtigste egenskaber ved titanlegering er dens lille vægtfylde, høj styrke og god varmebestandighed og korrosionsbestandighed. Det er blevet det foretrukne materiale til moderne flystyrkekomponenter, hvilket i høj grad reducerer flyets vægt, blandt hvilke TC4 (Ti-6AL-4V) og TB6 titanlegeringssmedninger er mere brugt i luftfart fremstilling.

2. Klassificering af titanlegeringer og smedeprocesser

Ifølge mikrostrukturen ved stuetemperatur kan titanlegeringer opdeles i tre typer: -type legeringer, + -type legeringer og -type legeringer. Blandt dem har termoplasten af ​​og + --legeringer kun lidt sammenhæng med deformationshastigheden, mens -type-legeringer har god formbarhed, men for lav temperatur kan forårsage -fase-udfældning. Smedningsprocessen af ​​titanlegering er opdelt i konventionelle smedning og højtemperatursmedning efter forholdet mellem smedningstemperatur og overgangstemperatur.

2.1 Konventionel smedning af titanlegering

Almindeligt anvendte deformerede titanlegeringer smedes normalt under overgangstemperaturen, som kaldes konventionel smedning. I henhold til opvarmningstemperaturen for emnet i (+) fasezonen, kan det opdeles i smedning i den øverste tofasede zone og smedning i den nederste tofasede zone.?

2.1.1 Smedning i den nederste tofasede zone

Smedning i den nedre tofasede zone opvarmes og smedes generelt ved 40 ~ 50 grader under overgangstemperaturen. På dette tidspunkt, den begyndende fase og deltage i deformation på samme tid.Jo lavere deformationstemperatur, jo større er antallet af faser involveret i deformationen.Sammenlignet med deformationen af ​​regionen, rekrystalliseringsprocessen af ​​fasen i den lavere tofaset område accelereres kraftigt. De nye korn, der dannes ved omkrystallisering, udfældes ikke kun langs den deformerede oprindelige korngrænse, men optræder også i mellemlaget mellem korngrænsen og pladelaget. Smedegodset fremstillet ved denne proces har høj styrke og god plasticitet, men deres brudsejhed og krybeejendomme har stadig et stort potentiale.

2.1.2 Smedning i den øverste tofasede zone

Det er smedet ved en temperatur på 10-15 grad under /( + ) faseovergangspunktet. Det endelige væv efter deformation indeholder mere -transformeret væv, som kan forbedre vævets krybeydelse og brudsejhed; titanlegeringens plasticitet, styrke og sejhed kan kombineres.

2.2 Højtemperatursmedning af titanlegering

Også kendt som "smedning", er det opdelt i to typer: den første er procesmetoden til opvarmning af emnet i zonen, start og færdiggørelse af smedningen i zonen; den anden er procesmetoden til at opvarme emnet i zonen, starte smedningen i zonen og kontrollere en stor mængde deformation for at fuldføre smedningen i den tofasede zone, kaldet "undersmedning". Sammenlignet med to-faset zone smedning, smedning kan opnå højere krybestyrke og brudsejhed, hvilket også er befordrende for forbedring af træthedsegenskaberne af titanlegeringer.

2.3 Isotermisk formsmedning af titanlegering

Denne form for proces bruger materialets superplasticitet og krybemekanisme til at producere mere komplekse smedninger, hvilket kræver, at formen forvarmes og vedligeholdes i området 760 ~ 980 grader; den hydrauliske presse påfører tryk ved en forudbestemt værdi, og pressens arbejdshastighed justeres automatisk af emnets deformationsmodstand. Da formen er opvarmet, er der ingen grund til at bruge en så hurtig bevægelig stråle for at undgå hurtig afkøling. Mange smedninger, der bruges i fly, har karakteristika af tynde vægge og høje ribber, så denne form for proces er blevet anvendt i luftfartsfremstilling, såsom TB6 titanlegering isotermisk præcisionssmedning af en bestemt type indenlandske fly.

3. Fejlanalyse og procesforbedring af TC4 smedegods

3.1 Forekomst og analyse af defekter i TC4 smedegods

Da en fabrik udførte prøveproduktionen af ​​TC4 smedegods i henhold til pejlemærket, blev flere præstationsindikatorer for smedegodset opdaget at være ukvalificerede. Blandt dem var indekset for "notch stress fraktur" mindre end 5 timer. I lyset af dette problem bør den metallografiske struktur af TC4 først analyseres, og derefter skal årsagen findes fra smedningsprocessen.

3.1.1 De morfologiske karakteristika af den metallografiske organisation af TC4

TC4 titanlegering er en + titanlegering, sammensætningen er Ti-6AL-4V, den udglødede struktur er + fase, indeholdende 6? Det stabiliserede elementære aluminium forbedrer styrken af ​​-fasen gennem fast smelteforstærkning, og vanadium har en mindre evne til at stabilisere -fasen. Derfor er antallet af -faser i det udglødede væv lille, hvilket tegner sig for ca. 7-10?.

Under forskellige varmebehandlings- og termiske behandlingsbetingelser er proportionerne, egenskaberne og morfologien af ​​de grundlæggende faser og TC4-legeringer meget forskellige. Overgangstemperaturen for TC4-legering er omkring 1000 grader. Hvis TC4 opvarmes til 950 grader, er det resulterende væv efter luftafkøling begyndende + overgangsvæv; ved opvarmning til 1100 grader og luftkølet opnås et tykt og fuldstændigt transformeret -fasevæv, som kaldes Weis væv. Virker opvarmning og deformation samtidigt, er effekten mere tydelig. TC4-legeringen opvarmes over overgangstemperaturen, men deformationen er lille, og Weis væv dannes. Dens organisatoriske egenskaber er: lav plasticitet og slagfasthed, men god krybemodstand.Hvis den indledende deformationstemperatur er over overgangen, men graden af ​​deformation er stor nok, de resulterende vævskarakteristika er: korngrænsedelen trukket af fasen er knust, og den stribede fasedel er forvrænget, hvilket kaldes et mesh-lignende væv. Det er kendetegnet ved bedre plasticitet og slag sejhed end Weis organisation, svarende til isometrisk finkrystalorganisation, langvarig høj temperatur og god krybeydelse.Hvis opvarmningstemperaturen er lavere end overgangstemperaturen, og graden af ​​deformation er tilstrækkelig, opnås en isometrisk struktur.Den er kendetegnet ved god samlet ydeevne, især høj plasticitet og slagsejhed. Hvis højtemperaturdelen af ​​+-faseområdet deformeres og derefter udglødes ved høj temperatur for at danne en blandet struktur, er dens samlede ydeevne god.

Ud fra ovenstående analyse af den metallografiske organisation kan det vurderes, at hvis ydeevnen af ​​TC4 falder, kan det være forårsaget af to led i smedningsprocessen.

①Opvarmningstemperaturen er for høj, når eller overstiger overgangstemperaturen;

②Deformationsgraden af ​​smedegodset er ikke stor nok.

3.1.2 TC4 smedning proces analyse

Smedetemperaturens indflydelse på kornstørrelsen og stuetemperaturegenskaberne af + titanlegering er, at når temperaturen stiger (over faseovergangen), bliver kornet større, mens forlængelsen og tværsnitskrympningen bliver mindre, og plasticiteten falder ; for at sikre, at TC4 smedegods har en god samlet ydeevne, bør de smedes under overgangstemperaturen. Titanlegering har høj deformationsmodstand, men dårlig varmeledningsevne. Under smedning, under legeringens voldsomme strømning og kraftige hamring, kan deformationen forårsage, at temperaturen på de enkelte dele af smedningen overstiger overgangstemperaturen, og graden af ​​deformation er for stor, for lille, og andre faktorer vil forårsage kornet at være tyk, hvilket vil reducere ydeevnen. Baseret på ovenstående kan det foreløbigt fastslås, at årsagerne til den substandard ydeevne af TC4 smedegods kan være forårsaget.:

①Temperaturen af ​​partiet af smedede emner er for høj, når den opvarmes, og overstiger overgangspunktet;

②når en enkelt hammer er for tung under smedning, er graden af ​​deformation af en enkelt hammer for stor, hvilket forårsager lokal overophedning og aggregering og omkrystallisering, og ydeevnen forringes.

③Varmebehandlingstemperaturen efter smedning er for høj, så temperaturen på TC4-smedningen overstiger overgangspunktet, hvilket danner et Wei's væv og reducerer smedningens ydeevne.

3.2 TC4 smedning af procesparametre ændringer og testresultater

3.2.1 Udvælgelse og resultater af testparametre

I lyset af ovenstående analyse skal du ændre TC4-smedningsprocesparametrene (tabel 1) og være opmærksom på let og hurtig smedning, når du smeder på samme tid.(Bemærk: Skærestørrelse ￠50×113, smedningsstørrelse 50×65×65)

Testresultater: Alle præstationsindikatorer er kvalificerede, hvoraf "notch stress fraktur"-indekset er større end 5 timer.

3.2.2 Analyse af testresultater

(1) At dømme ud fra ovntemperaturen og den indledende smedningstemperatur er opvarmningstemperaturen ikke for høj, selvom den overstiger 20 grader, kan kvalificerede dele stadig smedes.

(2) I testen blev der brugt et enkelt hammerslag til at ramme det hurtige slag let, og ydelsen af ​​testsmedningen var op til standard, hvilket beviste, at det lette slag og det hurtige slag var en vigtig faktor til at forbedre ydeevnen af smedegods.

(3) Varmebehandlingstemperaturen efter smedning er 20 grader lavere end den oprindelige parameter, hvilket også kan være en faktor til at forbedre ydeevnen, fordi fra temperatursynspunktet, hvis ovntemperaturen når 795 grader på grund af temperaturreguleringsafvigelsen, dette overstiger de 780 grader, der er angivet i produktionsmanualen, hvilket vil føre til et fald i smedningens ydeevne.

3.2.3 Verifikation og konklusion af testresultater

For yderligere at verificere testresultaterne blev der udført en test i kombination med produktion (tabel 2), og metoden med let og hurtig slagning blev stadig opretholdt under hamring; resultatet var, at alle smedegods bestod testen, og indekset for "notch stress fraktur" var større end 5 timer.

De mekaniske egenskaber af TC4 titanlegerings smedninger før og efter testen er vist ovenfor (tabel 3). Gennem testen konkluderes det, at når man producerer TC4 titanlegerings smedninger, bør procesparametrene for smedning kontrolleres strengt; Først og fremmest skal du være opmærksom på den lette og hurtige smedning i smedningen for at reducere deformationen af ​​en enkelt hammer, og for det andet skal den teoretiske værdi af varmebehandlingstemperaturen efter smedning indstilles i området 760 ~ 770 grader, så for at sikre smedekvaliteten af ​​TC4 smedegods.

3. Udviklingsmuligheder for smedning af titanlegeringer

Smedningsprocessen af ​​titanlegering er meget udbredt i luftfarts- og rumfartsindustrien. Den isotermiske smedeproces er blevet brugt til fremstilling af motordele og flykonstruktionsdele; det bliver også mere og mere populært i bilindustrien, elkraft og flådeindustrien. Velkommen. I fremmede lande har anvendelsen af ​​titanlegeringer udviklet sig til et meget højt niveau, og anvendelsen af ​​højere temperatur TiAL-legeringer og intermetalliske forbindelser er blevet værdsat af mennesker, og en masse forskning er blevet udført; For bedre at kunne anvende disse materialer er der samtidig lavet mange undersøgelser af deres deformationsteknologi. Folk er også mere og mere opmærksomme på forskningen i højere styrke subtitanium legeringer. Anvendelsen af ​​titanlegering og forskning i smedeteknologi vil stadig være et varmt emne.