Anàlisi i exemples d'aplicació del procés de forja d'aliatges de titani a la indústria aeronàutica

Anàlisi i exemples d'aplicació del procés de forja d'aliatges de titani a la indústria aeronàutica

Resum: introdueix principalment l'aliatge de titani i la tecnologia de forja. Prenent com a exemple els defectes de forja dels forjats TC4 que es troben en la producció aeronàutica i el procés de millora del procés, analitza les característiques del procés de la forja d'aliatges de titani i les seves perspectives d'aplicació i desenvolupament a la indústria aeronàutica.

1. Visió general

Amb el gran desenvolupament de l'economia nacional i la ciència i la tecnologia del nostre país, les indústries aeroespacials i de l'aviació han introduït noves oportunitats de desenvolupament en els darrers anys, especialment després de l'establiment del projecte nacional de "grans avions", la indústria de fabricació d'aviació civil es convertirà en un nou punt de creixement econòmic que lidera el desenvolupament econòmic nacional, amb àmplies perspectives de desenvolupament. Per tal de millorar contínuament l'avançat, la fiabilitat i l'aplicabilitat de les aeronaus i augmentar la competitivitat del mercat internacional dels avions nacionals, les empreses de fabricació d'aviació civil tenen requisits cada cop més alts per al selecció de materials de fabricació d'aviació; Les característiques principals de l'aliatge de titani són la seva petita gravetat específica, alta resistència i bona resistència a la calor i resistència a la corrosió. S'ha convertit en el principal material escollit per als components de la força aeronàutica moderna, reduint molt el pes de l'avió, entre els quals s'utilitzen més els forjats d'aliatge de titani TC4 (Ti{-6AL{-4V) i TB6 a l'aviació. fabricació.

2. Classificació dels aliatges de titani i processos de forja

Segons la microestructura a temperatura ambient, els aliatges de titani es poden dividir en tres tipus: aliatges de tipus, aliatges de tipus + - i aliatges de tipus. Entre ells, els termoplàstics i els aliatges de tipus + - tenen poca relació amb la velocitat de deformació, mentre que els aliatges de tipus - tenen una bona mal·leabilitat, però la temperatura massa baixa pot provocar precipitació en fase. El procés de forja de l'aliatge de titani es divideix en convencionals. forja i forja a alta temperatura segons la relació entre la temperatura de forja i la temperatura de transició.

2.1 Forja convencional d'aliatge de titani

Els aliatges de titani deformats que s'utilitzen habitualment es forgen per sota de la temperatura de transició, que s'anomena forja convencional. Segons la temperatura d'escalfament del blanc a la zona de fase (+), es pot subdividir en forja a la zona bifàsica superior i forja. a la zona bifàsica inferior.?

2.1.1 Forja a la zona inferior de dues fases

La forja a la zona de dues fases inferior generalment s'escalfa i es forja a 40 ~ 50 graus per sota de la temperatura de transició. En aquest moment, la fase naixent i participen en la deformació al mateix temps. Com més baixa sigui la temperatura de deformació, més gran serà el nombre de fases implicades en la deformació. En comparació amb la deformació de la regió, el procés de recristalització de la fase en la part inferior la regió de dues fases s'accelera bruscament. Els nous grans formats per la recristalització no només precipiten al llarg del límit de gra original deformat, sinó que també apareixen a la capa intermèdia entre el límit del gra i la capa de làmina. Les propietats de fluència encara tenen un gran potencial.

2.1.2 Forja a la zona bifàsica superior

Es forja a una temperatura de 10-15 grau per sota del punt de transició de fase /( + ). El teixit final després de la deformació conté més teixit transformat, que pot millorar el rendiment de fluència i la resistència a la fractura del teixit; la plasticitat, la força i la duresa de l'aliatge de titani es poden combinar.

2.2 Forja a alta temperatura d'aliatge de titani

També conegut com a "forja", es divideix en dos tipus: el primer és el mètode de procés d'escalfament del blanc a la zona, començant i completant la forja a la zona; el segon és el mètode de procés per escalfar el blanc a la zona, iniciar la forja a la zona i controlar una gran quantitat de deformació per completar la forja a la zona de dues fases, anomenada "subforja". La forja de zones de dues fases, la forja pot obtenir una major resistència a la fluència i una resistència a la fractura, la qual cosa també afavoreix la millora de les propietats de fatiga dels aliatges de titani.

2.3 Forja isotèrmica d'aliatge de titani

Aquest tipus de procés utilitza el mecanisme de superplasticitat i fluència del material per produir peces forjades més complexes, que requereixen que el motlle s'escalfi i es mantingui en el rang de 760 ~ 980 graus; la premsa hidràulica aplica pressió a un valor predeterminat i la velocitat de treball de la premsa s'ajusta automàticament per la resistència a la deformació del blanc. Atès que el motlle s'escalfa, no cal utilitzar un feix mòbil tan ràpid per evitar un refredament ràpid. Moltes peces forjades utilitzades en avions tenen les característiques de parets primes i costelles altes, de manera que aquest tipus de procés s'ha aplicat a la fabricació d'aviació, com el procés de forja isotèrmica de precisió isotèrmica d'aliatge de titani TB6 d'un determinat tipus d'avió domèstic.

3. Anàlisi de defectes i millora del procés de forja TC4

3.1 Ocurrència i anàlisi de defectes en forjats TC4

Quan una fàbrica va realitzar la producció de prova de forjades TC4 segons la balisa, es va detectar que diversos indicadors de rendiment de les forjades no estaven qualificats. Entre ells, l'índex de "fractura d'estrès notch" va ser inferior a 5 hores. Davant d'aquest problema, primer s'hauria d'analitzar l'estructura metal·logràfica de TC4, i després s'hauria de trobar la raó del procés de forja.

3.1.1 Les característiques morfològiques de l'organització metalogràfica del TC4

L'aliatge de titani TC4 és un aliatge de titani +, la composició és Ti-6AL-4V, l'estructura recuita és la fase +, que conté 6? L'alumini elemental estabilitzat millora la resistència de la fase mitjançant l'enfortiment de la fosa sòlida i El vanadi té una capacitat menor per estabilitzar la fase -. Per tant, el nombre de -fases al teixit recuit és petit, i representa aproximadament 7-10?.

Sota diferents condicions de tractament tèrmic i processament tèrmic, les proporcions, propietats i morfologia de les fases bàsiques i dels aliatges TC4 són molt diferents. La temperatura de transició de l'aliatge TC4 és d'uns 1000 graus. Si TC4 s'escalfa a 950 graus, el teixit resultant després del refredament per aire és naixent + teixit de transició; si s'escalfa a 1100 graus i es refreda per aire, s'obté un teixit de fase gruixut i completament transformat, que s'anomena teixit de Wei. Si l'escalfament i la deformació actuen al mateix temps, l'efecte és més evident. L'aliatge TC4 s'escalfa per sobre de la temperatura de transició, però la deformació és petita i es forma el teixit de Wei. Les seves característiques organitzatives són: baixa plasticitat i resistència a l'impacte, però bona resistència a la fluència. Si la temperatura de deformació inicial està per sobre de la transició, però el grau de deformació és prou gran, les característiques del teixit resultants són: la part del límit del gra dibuixada per la fase es tritura i la part de la fase ratllada es distorsiona, que s'anomena teixit semblant a una malla. Es caracteritza per una millor plasticitat i impacte. tenacitat que l'organització de Wei, similar a l'organització isomètrica del cristall fi, alta temperatura de llarga durada i bon rendiment de fluència. Si la temperatura d'escalfament és inferior a la temperatura de transició i el grau de deformació és suficient, s'obté una estructura isomètrica. Es caracteritza per bon rendiment general, especialment alta plasticitat i resistència a l'impacte. Si la part d'alta temperatura de la regió de fase + es deforma i després es recuita a alta temperatura per formar una estructura mixta, el seu rendiment global és bo.

A partir de l'anàlisi anterior de l'organització metal·logràfica, es pot jutjar que si el rendiment de TC4 disminueix, pot ser causat per dos enllaços en el procés de forja.

①La temperatura de calefacció és massa alta, arribant o superant la temperatura de transició;

②El grau de deformació de les forjades no és prou gran.

3.1.2 Anàlisi del procés de forja TC4

La influència de la temperatura de forja sobre la mida del gra i les propietats de la temperatura ambient de + aliatge de titani és que a mesura que augmenta la temperatura (per sobre de la transició de fase), el gra es fa més gran, mentre que l'allargament i la contracció de la secció transversal es fan més petits i la plasticitat disminueix. ; per tal d'assegurar que les forjades TC4 tinguin un bon rendiment general, s'han de forjar per sota de la temperatura de transició. L'aliatge de titani té una alta resistència a la deformació, però una conductivitat tèrmica deficient. Durant la forja, sota el flux violent de l'aliatge i el fort martell, la deformació pot provocar que la temperatura de les parts individuals de la forja superi la temperatura de transició i el grau de deformació sigui massa gran, massa petit i altres factors provocaran el gra. que sigui gruixut, cosa que reduirà el rendiment. A partir de l'anterior, es pot determinar preliminarment que les raons del rendiment inferior de les forjades TC4 poden ser causades.:

①La temperatura del lot de forjats en blanc és massa alta quan s'escalfa, superant el punt de transició;

②Quan un únic martell és massa pesat durant la forja, el grau de deformació d'un únic martell és massa gran, provocant un sobreescalfament local i l'agregació i la recristalització, i el rendiment es degrada.

③La temperatura del tractament tèrmic després de la forja és massa alta, de manera que la temperatura de la forja TC4 supera el punt de transició, formant un teixit de Wei i reduint el rendiment de la forja.

3.2 Canvis dels paràmetres del procés de forja TC4 i resultats de les proves

3.2.1 Selecció i resultats dels paràmetres de prova

A la vista de l'anàlisi anterior, canvieu els paràmetres del procés de forja TC4 (taula 1) i presteu atenció a la forja lleugera i ràpida en forjar alhora. (Nota: mida de tall￠50×113, mida de forja 50×65×65)

Resultats de la prova: tots els indicadors de rendiment estan qualificats, dels quals l'índex de "fractura per tensió de l'osca" és superior a 5 hores.

3.2.2 Anàlisi dels resultats de les proves

(1) A jutjar per la temperatura del forn i la temperatura inicial de forja, la temperatura d'escalfament no és massa alta, fins i tot si supera els 20 graus, les peces qualificades encara es poden forjar.

(2) A la prova, es va utilitzar un sol cop de martell per colpejar lleugerament el punxó ràpid, i el rendiment de les forjades de prova va ser al nivell estàndard, demostrant que el cop lleuger i el punxó ràpid eren un factor important per millorar el rendiment del forjades.

(3) La temperatura del tractament tèrmic després de la forja és 20 graus inferior al paràmetre original, cosa que també pot ser un factor per millorar el rendiment, perquè des del punt de vista de la temperatura, si la temperatura del forn arriba als 795 graus a causa de la desviació del control de temperatura, això supera els 780 graus especificats en el manual de producció, la qual cosa comportarà una disminució del rendiment de les forjades.

3.2.3 Verificació i conclusió dels resultats de les proves

Per tal de verificar encara més els resultats de la prova, es va realitzar una prova en combinació amb la producció (taula 2), i el mètode de batuda lleugera i ràpida encara es va mantenir durant el martell; el resultat va ser que totes les forjades van passar la prova i l'índex de "fractura per tensió de l'osca" va ser superior a 5 hores.

Les propietats mecàniques dels forjats d'aliatge de titani TC4 abans i després de la prova es mostren a dalt (taula 3). A través de la prova, es conclou que quan es produeixen peces forjades d'aliatge de titani TC4, els paràmetres del procés de forja s'han de controlar estrictament; En primer lloc, presteu atenció a la forja lleugera i ràpida a la forja per reduir la deformació d'un sol martell i, en segon lloc, el valor teòric de la temperatura del tractament tèrmic després de la forja s'ha d'establir en el rang de 760 ~ 770 graus, de manera que per garantir la qualitat de forja de les forjades TC4.

3. Perspectives de desenvolupament de la tecnologia de forja d'aliatges de titani

El procés de forja de l'aliatge de titani s'utilitza àmpliament a les indústries de fabricació aeronàutica i aeroespacial. El procés de forja isotèrmica s'ha utilitzat en la producció de peces de motor i peces estructurals d'avions; també és cada cop més popular a les indústries de l'automoció, l'energia elèctrica i la naval. Benvingut. Als països estrangers, l'aplicació d'aliatges de titani s'ha desenvolupat a un nivell molt alt, i l'aplicació d'aliatges TiAL de temperatura més alta i compostos intermetàl·lics ha estat valorada per la gent i s'han realitzat moltes investigacions; per tal d'aplicar millor aquests materials, al mateix temps, s'han fet molts estudis sobre la seva tecnologia de deformació. La gent també presta cada vegada més atenció a la investigació sobre aliatges de subtitani de major resistència. L'aplicació d'aliatge de titani i el la recerca de la tecnologia de forja encara serà un tema candent.