Analys och tillämpningsexempel på smidesprocesser i titanlegering inom flygindustrin

Analys och tillämpningsexempel på smidesprocesser i titanlegering inom flygindustrin

Sammanfattning: Den introducerar främst titanlegerings- och smidesteknik. Med hjälp av smidesdefekterna hos TC4-smide som finns inom flygproduktion och processen att förbättra processen som ett exempel, analyserar den processegenskaperna hos titanlegeringssmide och dess tillämpnings- och utvecklingsmöjligheter inom flygindustrin.

1. Översikt

Med den stora utvecklingen av vårt lands nationella ekonomi och vetenskap och teknik har flyg- och flygindustrin inlett nya utvecklingsmöjligheter under de senaste åren, särskilt efter inrättandet av det nationella projektet "stora flygplan", kommer tillverkningsindustrin för civilflyg att bli en ny ekonomisk tillväxtpunkt som leder den nationella ekonomiska utvecklingen, med breda möjligheter till utveckling. För att kontinuerligt förbättra flygplanens avancerade, tillförlitlighet och tillämpbarhet och öka den internationella konkurrenskraften för inhemska flygplan, har tillverkande företag inom civil luftfart högre och högre krav på urval av flygtillverkningsmaterial; De viktigaste egenskaperna hos titanlegering är dess lilla specifika vikt, höga hållfasthet och goda värmebeständighet och korrosionsbeständighet. Det har blivit det viktigaste materialet för moderna flygkraftskomponenter, vilket kraftigt minskar flygplanets vikt, bland vilka TC4 (Ti-6AL-4V) och TB6 titanlegeringssmide används mer inom flyget tillverkning.

2. Klassificering av titanlegeringar och smidesprocesser

Enligt mikrostrukturen vid rumstemperatur kan titanlegeringar delas in i tre typer: legeringar av typen -typ, legeringar av + -typ och legeringar av typ -typ. Bland dem har termoplasterna av legeringar av + -typ litet samband med deformationshastigheten, medan legeringar av typen har god formbarhet, men för låg temperatur kan orsaka nederbörd i -fas. Smidesprocessen av titanlegering är uppdelad i konventionella smide och högtemperatursmide enligt förhållandet mellan smidestemperatur och övergångstemperatur.

2.1 Konventionell smide av titanlegering

Vanligt använda deformerade titanlegeringar smides vanligtvis under övergångstemperaturen, vilket kallas konventionell smide. Beroende på uppvärmningstemperaturen för ämnet i (+) faszonen, kan det delas in i smide i den övre tvåfaszonen och smide. i den nedre tvåfaszonen.?

2.1.1 Smide i nedre tvåfaszonen

Smide i den nedre tvåfaszonen värms och smids i allmänhet vid 40~50 grader under övergångstemperaturen. Vid denna tidpunkt, den begynnande fasen och delta i deformation på samma gång.Ju lägre deformationstemperatur, desto större antal faser som är involverade i deformationen.Jämfört med deformationen av regionen, omkristalliseringsprocessen av fasen i den lägre tvåfasområdet accelereras kraftigt. De nya kornen som bildas genom omkristallisering fälls inte bara ut längs den deformerade ursprungliga korngränsen utan uppträder också i det mellanliggande skiktet mellan korngränsen och plåtskiktet. Smidesmedlen som produceras genom denna process har hög hållfasthet och god plasticitet, men deras brottseghet och krypegenskaper har fortfarande stor potential.

2.1.2 Smide i den övre tvåfaszonen

Den är smidd vid en temperatur på 10-15 grad under /( + ) fasövergångspunkten. Den slutliga vävnaden efter deformation innehåller mer -transformerad vävnad, vilket kan förbättra vävnadens krypprestanda och brottseghet; titanlegeringens plasticitet, styrka och seghet kan kombineras.

2.2 Högtemperatursmide av titanlegering

Även känd som "smidning", är den uppdelad i två typer: den första är processmetoden för att värma ämnet i zonen, starta och slutföra smidningen i zonen; den andra är processmetoden att värma ämnet i zonen, starta smidningen i zonen och kontrollera en stor mängd deformation för att slutföra smidningen i tvåfaszonen, kallad "undersmidning". Jämfört med tvåfas zonsmidning kan smide erhålla högre kryphållfasthet och brottseghet, vilket också bidrar till att förbättra utmattningsegenskaperna hos titanlegeringar.

2.3 Isotermisk formsmidning av titanlegering

Denna typ av process använder materialets superplasticitet och krypmekanism för att producera mer komplexa smide, vilket kräver att formen förvärms och underhålls i intervallet 760 ~ 980 grader; den hydrauliska pressen applicerar tryck vid ett förutbestämt värde, och pressens arbetshastighet justeras automatiskt av ämnets deformationsmotstånd. Eftersom formen är uppvärmd finns det inget behov av att använda en så snabbt rörlig balk för att undvika snabb kylning. Många smide som används i flygplan har egenskaperna hos tunna väggar och höga revben, så denna typ av process har tillämpats inom flygtillverkning, såsom TB6 titanlegerings isotermisk precisionsformsmideprocess för en viss typ av inrikesflygplan.

3. Defektanalys och processförbättring av TC4 smide

3.1 Förekomst och analys av defekter i TC4 smide

När en fabrik genomförde provproduktionen av TC4-smide enligt fyren, upptäcktes flera prestandaindikatorer för smidesarbetet vara okvalificerade. Bland dem var indexet för "notch stress fraktur" mindre än 5 timmar. Med tanke på detta problem bör den metallografiska strukturen hos TC4 först analyseras, och sedan bör orsaken hittas från smidesprocessen.

3.1.1 De morfologiska egenskaperna hos den metallografiska organisationen av TC4

TC4 titanlegering är en + titanlegering, sammansättningen är Ti-6AL-4V, den glödgade strukturen är + fas, innehåller 6? Det stabiliserade elementära aluminiumet förbättrar hållfastheten i -fasen genom solid smältförstärkning, och vanadin har en mindre förmåga att stabilisera -fasen. Därför är antalet -faser i den glödgade vävnaden litet, vilket står för ungefär 7-10?.

Under olika värmebehandlings- och termiska bearbetningsförhållanden är proportionerna, egenskaperna och morfologin för grundfaserna och TC4-legeringar mycket olika. Övergångstemperaturen för TC4-legering är cirka 1000 grader. Om TC4 värms upp till 950 grader är den resulterande vävnaden efter luftkylning begynnande + övergångsvävnad; vid upphettning till 1100 grader och luftkyld erhålls en tjock och helt transformerad -fasvävnad, som kallas Weis vävnad. Om uppvärmning och deformation verkar samtidigt är effekten mer påtaglig. TC4-legeringen värms upp över övergångstemperaturen, men deformationen är liten och Weis vävnad bildas.Dess organisatoriska egenskaper är: låg plasticitet och slagseghet, men bra krypmotstånd.Om den initiala deformationstemperaturen är över övergången, men graden av deformation är tillräckligt stor, de resulterande vävnadsegenskaperna är: korngränsdelen som dras av fasen krossas och den randiga fasdelen är förvrängd, vilket kallas en nätliknande vävnad. Den kännetecknas av bättre plasticitet och slag seghet än Weis organisation, liknande isometrisk finkristallorganisation, långvarig hög temperatur och god krypprestanda.Om uppvärmningstemperaturen är lägre än övergångstemperaturen och graden av deformation är tillräcklig erhålls en isometrisk struktur.Den kännetecknas av god total prestanda, särskilt hög plasticitet och slagseghet. Om högtemperaturdelen av +-fasområdet deformeras och sedan glödgas vid hög temperatur för att bilda en blandad struktur, är dess totala prestanda bra.

Från ovanstående analys av den metallografiska organisationen kan det bedömas att om prestandan för TC4 minskar, kan det orsakas av två länkar i smidesprocessen.:

①Uppvärmningstemperaturen är för hög och når eller överstiger övergångstemperaturen;

②Deformationsgraden av smidet är inte tillräckligt stor.

3.1.2 TC4 smidesprocessanalys

Smidestemperaturens inverkan på kornstorleken och rumstemperaturegenskaperna hos + titanlegering är att när temperaturen ökar (över fasövergången) blir kornen större, medan töjningen och tvärsnittskrympningen blir mindre, och plasticiteten minskar. ; för att säkerställa att TC4 smide har god övergripande prestanda, bör de smidas under övergångstemperaturen. Titanlegering har hög deformationsbeständighet, men dålig värmeledningsförmåga. Under smidning, under det våldsamma flödet av legeringen och kraftig hamring, kan deformationen göra att temperaturen på enskilda delar av smidet överstiger övergångstemperaturen, och graden av deformation är för stor, för liten och andra faktorer kommer att orsaka säden att vara tjock, vilket kommer att minska prestandan. Baserat på ovanstående kan det preliminärt fastställas att orsakerna till den undermåliga prestandan hos TC4-smide kan orsakas.:

①Temperaturen på satsen av smidda ämnen är för hög när den värms upp och överskrider övergångspunkten;

②när en enda hammare är för tung under smide, är graden av deformation av en enda hammare för stor, vilket orsakar lokal överhettning och aggregering och omkristallisering, och prestandan försämras.

③Värmebehandlingstemperaturen efter smide är för hög, så att temperaturen på TC4-smidet överstiger övergångspunkten, vilket bildar en Weis vävnad och minskar smidningens prestanda.

3.2 TC4 smidesprocessparameterändringar och testresultat

3.2.1 Val och resultat av testparametrar

Med tanke på ovanstående analys, ändra TC4-smideprocessparametrarna (tabell 1) och var uppmärksam på lätt och snabb smide när du smider samtidigt.(Obs: Skärstorlek￠50×113, smidesstorlek 50×65×65)

Testresultat: Alla prestationsindikatorer är kvalificerade, varav "notch stress fraktur"-index är större än 5 timmar.

3.2.2 Analys av testresultat

(1) Att döma av ugnstemperaturen och den initiala smidestemperaturen är uppvärmningstemperaturen inte för hög, även om den överstiger 20 grader, kan kvalificerade delar fortfarande smidas.

(2) I testet användes ett enda hammarslag för att träffa snabbstansen lätt, och prestandan hos testsmidena var upp till standard, vilket bevisade att den lätta stansen och snabbstansen var en viktig faktor för att förbättra prestandan hos smidesverk.

(3) Värmebehandlingstemperaturen efter smide är 20 grader lägre än den ursprungliga parametern, vilket också kan vara en faktor för att förbättra prestanda, eftersom ur temperatursynpunkt, om ugnstemperaturen når 795 grader på grund av temperaturkontrollavvikelsen, detta överstiger de 780 grader som anges i produktionsmanualen, vilket kommer att leda till en sänkning av smidernas prestanda.

3.2.3 Verifiering och slutsats av testresultat

För att ytterligare verifiera testresultaten genomfördes ett test i kombination med produktion (tabell 2), och metoden med lätt och snabb slagning bibehölls fortfarande under slaget; resultatet var att alla smidesgods klarade testet och indexet för "notch stress fraktur" var större än 5 timmar.

De mekaniska egenskaperna hos TC4 titanlegeringssmide före och efter testet visas ovan (tabell 3). Genom testet dras slutsatsen att vid tillverkning av TC4 titanlegeringssmide bör processparametrarna för smide strikt kontrolleras; För det första, var uppmärksam på den lätta och snabba smidningen i smidet för att minska deformationen av en enda hammare, och för det andra bör det teoretiska värdet på värmebehandlingstemperaturen efter smide ställas in i intervallet 760 ~ 770 grader, så för att säkerställa smideskvaliteten hos TC4 smide.

3. Utvecklingsutsikter för smidesteknik av titanlegering

Smidesprocessen av titanlegering används i stor utsträckning inom flyg- och rymdindustrin. Den isotermiska smidesprocessen har använts vid tillverkning av motordelar och flygplanskonstruktionsdelar; det blir också mer och mer populärt inom fordons-, elkrafts- och sjöfartsindustrin. Välkommen. I främmande länder har tillämpningen av titanlegeringar utvecklats till en mycket hög nivå, och tillämpningen av högre temperatur TiAL-legeringar och intermetalliska föreningar har värderats av människor, och mycket forskning har utförts; För att bättre kunna tillämpa dessa material har samtidigt många studier gjorts på deras deformationsteknologi. Människor ägnar också mer och mer uppmärksamhet åt forskningen om högrehållfasta subtitalegeringar. Användningen av titanlegeringar och forskning om smidesteknik kommer fortfarande att vara ett hett ämne.