Titāna sakausējuma kalšanas procesa analīze un pielietojuma piemēri aviācijas nozarē

Titāna sakausējuma kalšanas procesa analīze un pielietojuma piemēri aviācijas nozarē

Kopsavilkums: Tas galvenokārt ievieš titāna sakausējuma un kalšanas tehnoloģiju. Par piemēru ņemot aviācijas ražošanā konstatētos TC4 kalumu defektus un procesa pilnveidošanas procesu, tiek analizētas titāna sakausējuma kalšanas procesa īpašības un tā pielietojums un attīstības perspektīvas aviācijas nozarē.

1. Pārskats

Lieliski attīstoties mūsu valsts tautsaimniecībai un zinātnei un tehnoloģijai, aviācijas un aviācijas nozare pēdējos gados ir pavērusi jaunas attīstības iespējas, īpaši pēc valsts "lielo lidmašīnu" projekta izveides, civilās aviācijas ražošanas nozare kļūs par jauns ekonomikas izaugsmes punkts, kas virza valsts tautsaimniecības attīstību, ar plašām attīstības perspektīvām.Lai nepārtraukti uzlabotu gaisa kuģu modernitāti, uzticamību un pielietojamību un palielinātu iekšzemes lidmašīnu konkurētspēju starptautiskajā tirgū, civilās aviācijas ražošanas uzņēmumiem tiek izvirzītas arvien augstākas prasības aviācijas ražošanas materiālu izvēle; Titāna sakausējuma galvenās īpašības ir tā mazais īpatnējais svars, augsta izturība un laba karstumizturība un izturība pret koroziju. Tas ir kļuvis par galveno mūsdienu gaisa kuģu spēku sastāvdaļu izvēles materiālu, ievērojami samazinot lidmašīnas svaru, tostarp TC4 (Ti-6AL-4V) un TB6 titāna sakausējuma kalumus vairāk izmanto aviācijā. ražošana.

2. Titāna sakausējumu klasifikācija un kalšanas procesi

Pēc mikrostruktūras istabas temperatūrā titāna sakausējumus var iedalīt trīs veidos: -tipa sakausējumi, + -tipa sakausējumi un -tipa sakausējumi. Tostarp + -tipa sakausējumu termoplastiem ir maza saistība ar deformācijas ātrumu, savukārt -tipa sakausējumiem ir laba kaļamība, bet pārāk zema temperatūra var izraisīt -fāzes nokrišņus. Titāna sakausējuma kalšanas procesu iedala parastajā kalšana un augstas temperatūras kalšana atbilstoši saistībai starp kalšanas temperatūru un pārejas temperatūru.

2.1. Tradicionālā titāna sakausējuma kalšana

Parasti izmantotie deformētie titāna sakausējumi parasti tiek kalti zem pārejas temperatūras, ko sauc par parasto kalšanu. Atbilstoši sagataves sildīšanas temperatūrai (+) fāzes zonā to var iedalīt kalšanā augšējā divfāzu zonā un kalšanā. apakšējā divfāžu zonā.?

2.1.1. Kalšana apakšējā divfāžu zonā

Kalšana apakšējā divfāzu zonā parasti tiek karsēta un kalta par 40–50 grādiem zem pārejas temperatūras. Šajā laikā topošā fāze un tajā pašā laikā piedalās deformācijā.Jo zemāka deformācijas temperatūra, jo lielāks ir deformācijā iesaistīto fāžu skaits.Salīdzinot ar reģiona deformāciju, fāzes pārkristalizācijas process apakšējā daļā. divfāžu reģions tiek strauji paātrināts. Jaunie graudi, kas veidojas pārkristalizācijas rezultātā, ne tikai izgulsnējas gar deformēto sākotnējo graudu robežu, bet arī parādās starpslānī starp graudu robežu un loksnes slāni.Šajā procesā ražotajiem kalumiem ir augsta izturība un laba plastika, bet to lūzuma izturība un šļūdes īpašībām joprojām ir liels potenciāls.

2.1.2. Kalšana augšējā divfāžu zonā

Tas ir kalts temperatūrā par 10-15 grādiem zem /( + ) fāzes pārejas punkta. Gala audi pēc deformācijas satur vairāk -transformētu audu, kas var uzlabot audu šļūdes veiktspēju un izturību pret lūzumiem; var apvienot titāna sakausējuma plastiskumu, izturību un stingrību.

2.2 Titāna sakausējuma kalšana augstā temperatūrā

Zināms arī kā "kalšana", tas ir sadalīts divos veidos: pirmais ir sagataves sildīšanas procesa metode zonā, kalšanas uzsākšana un pabeigšana zonā; otrā ir procesa metode sagataves karsēšanai zonā, kalšanas uzsākšanai zonā un lielas deformācijas kontrolei, lai pabeigtu kalšanu divfāžu zonā, ko dēvē par "apakškalšanu". Divfāžu zonas kalšana, kalšana var iegūt lielāku šļūdes izturību un izturību pret lūzumiem, kas arī veicina titāna sakausējumu noguruma īpašību uzlabošanos.

2.3. Izotermiskā kalšana no titāna sakausējuma

Šāda veida procesā tiek izmantots materiāla superplastiskums un šļūdes mehānisms, lai ražotu sarežģītākus kalumus, kas prasa veidni iepriekš uzkarsētu un uzturētu diapazonā no 760 līdz 980 grādiem; hidrauliskā prese pieliek spiedienu iepriekš noteiktā vērtībā, un preses darba ātrums tiek automātiski pielāgots sagataves deformācijas pretestībai.Tā kā veidne tiek uzkarsēta, nav nepieciešams izmantot tik ātri kustīgu siju, lai izvairītos no ātras dzesēšanas. Daudziem lidmašīnās izmantotajiem kalumiem ir plānu sienu un augstu ribu īpašības, tāpēc šāda veida process ir izmantots aviācijas ražošanā, piemēram, TB6 titāna sakausējuma izotermiskās precizitātes kalšanas process noteikta veida iekšzemes lidmašīnām.

3. TC4 kalumu defektu analīze un procesa uzlabošana

3.1. Defektu rašanās un analīze TC4 kalumos

Kad rūpnīca veica TC4 kalumu izmēģinājuma ražošanu pēc bākas, vairāki kalumu darbības rādītāji tika konstatēti kā nekvalificēti. Tostarp "nocirtuma stresa lūzuma" indekss bija mazāks par 5 stundām. Ņemot vērā šo problēmu, vispirms ir jāanalizē TC4 metalogrāfiskā struktūra un pēc tam jāmeklē iemesls no kalšanas procesa.

3.1.1. TC4 metalogrāfiskās organizācijas morfoloģiskās īpašības

TC4 titāna sakausējums ir + titāna sakausējums, sastāvs ir Ti―6AL-4V, atkvēlinātā struktūra ir + fāze, kas satur 6? -Stabilizētais elementārais alumīnijs uzlabo -fāzes stiprību, stiprinot cieto kausējumu, un vanādijam ir mazāka spēja stabilizēt -fāzi. Tāpēc -fāžu skaits atkvēlinātajos audos ir mazs, veidojot aptuveni 7-10?.

Dažādos termiskās apstrādes un termiskās apstrādes apstākļos pamatfāžu un TC4 sakausējumu proporcijas, īpašības un morfoloģija ir ļoti atšķirīgas. TC4 sakausējuma pārejas temperatūra ir aptuveni 1000 grādu. Ja TC4 tiek uzkarsēts līdz 950 grādiem, iegūtie audi pēc gaisa dzesēšanas ir topošie + pārejas audi; karsējot līdz 1100 grādiem un atdzesējot ar gaisu, tiek iegūti biezi un pilnībā pārveidoti -fāzes audi, ko sauc par Veja audiem. Ja karsēšana un deformācija darbojas vienlaikus, efekts ir acīmredzamāks. TC4 sakausējums tiek uzkarsēts virs pārejas temperatūras, bet deformācija ir neliela, un veidojas Vei audi.Tā organizatoriskās īpašības ir: zema plastiskums un triecienizturība, bet laba šļūdes pretestība.Ja sākotnējā deformācijas temperatūra ir virs pārejas, bet deformācijas pakāpe ir pietiekami liela, iegūtie audu raksturlielumi ir: fāzes novilktā graudu robežas daļa ir saspiesta, un svītrainā fāzes daļa ir deformēta, ko sauc par sietveida audiem. To raksturo labāka plastiskums un trieciens. stingrība nekā Veja organizācijai, līdzīga izometriskai smalkkristālu organizācijai, ilgstoša augsta temperatūra un laba šļūdes veiktspēja.Ja sildīšanas temperatūra ir zemāka par pārejas temperatūru un deformācijas pakāpe ir pietiekama, tiek iegūta izometriska struktūra. To raksturo: laba vispārējā veiktspēja, īpaši augsta plastiskums un triecienizturība. Ja + fāzes apgabala augstas temperatūras daļa tiek deformēta un pēc tam atkvēlināta augstā temperatūrā, veidojot jauktu struktūru, tās kopējā veiktspēja ir laba.

No iepriekš minētās metalogrāfiskās organizācijas analīzes var spriest, ka, ja TC4 veiktspēja samazinās, to var izraisīt divas saites kalšanas procesā.:

①Apkures temperatūra ir pārāk augsta, sasniedzot vai pārsniedzot pārejas temperatūru;

② Kalumu deformācijas pakāpe nav pietiekami liela.

3.1.2 TC4 kalšanas procesa analīze

Kalšanas temperatūras ietekme uz + titāna sakausējuma graudu izmēru un istabas temperatūras īpašībām ir tāda, ka, paaugstinoties temperatūrai (virs fāzes pārejas), graudi kļūst lielāki, bet pagarinājums un šķērsgriezuma saraušanās kļūst mazāka un plastika samazinās. ; lai nodrošinātu, ka TC4 kalumiem ir laba kopējā veiktspēja, tie jākaldina zem pārejas temperatūras. Titāna sakausējumam ir augsta deformācijas pretestība, bet slikta siltumvadītspēja. Kalšanas laikā sakausējuma spēcīgas plūsmas un spēcīgas kalšanas laikā deformācijas dēļ atsevišķu kaluma daļu temperatūra var pārsniegt pārejas temperatūru, un deformācijas pakāpe ir pārāk liela, pārāk maza un citi faktori var izraisīt graudu veidošanos. būt biezam, kas samazinās veiktspēju. Pamatojoties uz iepriekš minēto, var provizoriski noteikt, ka TC4 kalumu nestandarta veiktspējas cēloņi var būt saistīti.:

① Kalto sagatavju partijas temperatūra karsējot ir pārāk augsta, pārsniedzot pārejas punktu;

②ja kalšanas laikā viens āmurs ir pārāk smags, viena āmura deformācijas pakāpe ir pārāk liela, izraisot lokālu pārkaršanu un agregāciju un pārkristalizāciju, kā arī pasliktinās veiktspēja.

③ Termiskās apstrādes temperatūra pēc kalšanas ir pārāk augsta, tāpēc TC4 kaluma temperatūra pārsniedz pārejas punktu, veidojot Wei audumu un samazinot kaluma veiktspēju.

3.2 TC4 kalšanas procesa parametru izmaiņas un testa rezultāti

3.2.1. Testa parametru izvēle un rezultāti

Ņemot vērā iepriekš minēto analīzi, mainiet TC4 kalšanas procesa parametrus (1. tabula) un vienlaikus kalšanas laikā pievērsiet uzmanību vieglai un ātrai kalšanai. (Piezīme: griešanas izmērs￠50×113, kalšanas izmērs 50×65×65)

Pārbaudes rezultāti: Visi veiktspējas rādītāji ir kvalificēti, no kuriem "notch stress fracture" indekss ir lielāks par 5 stundām.

3.2.2. Testa rezultātu analīze

(1) Spriežot pēc krāsns temperatūras un sākotnējās kalšanas temperatūras, sildīšanas temperatūra nav pārāk augsta, pat ja tā pārsniedz 20 grādus, kvalificētas detaļas joprojām var kalt.

(2) Pārbaudē tika izmantots viens āmura sitiens, lai viegli ietriektu ātro perforatoru, un testa kalumu veiktspēja atbilst standartam, pierādot, ka vieglais un ātrais sitiens bija svarīgs faktors, lai uzlabotu ātro perforatoru. kalumi.

(3) Termiskās apstrādes temperatūra pēc kalšanas ir par 20 grādiem zemāka nekā sākotnējais parametrs, kas var būt arī faktors veiktspējas uzlabošanai, jo no temperatūras viedokļa, ja krāsns temperatūra temperatūras kontroles novirzes dēļ sasniedz 795 grādus, tas pārsniedz ražošanas rokasgrāmatā norādītos 780 grādus, kas novedīs pie kalumu veiktspējas samazināšanās.

3.2.3. Testa rezultātu pārbaude un secinājumi

Lai vēl vairāk pārbaudītu testa rezultātus, tika veikts tests kopā ar ražošanu (2. tabula), un āmurēšanas laikā joprojām tika saglabāta vieglas un ātras sišanas metode; rezultāts bija tāds, ka visi kalumi izturēja pārbaudi, un "iecirtuma sprieguma lūzuma" indekss bija lielāks par 5 stundām.

TC4 titāna sakausējuma kalumu mehāniskās īpašības pirms un pēc testa ir parādītas iepriekš (3. tabula). Pārbaudes laikā tiek secināts, ka, ražojot TC4 titāna sakausējuma kalumus, ir stingri jākontrolē kalšanas procesa parametri; pirmkārt, pievērsiet uzmanību vieglai un ātrai kalšanai kalumā, lai samazinātu viena āmura deformāciju, un, otrkārt, termiskās apstrādes temperatūras teorētiskā vērtība pēc kalšanas ir jāiestata diapazonā no 760 līdz 770 grādiem, tāpēc kā nodrošināt TC4 kalumu kalšanas kvalitāti.

3. Titāna sakausējuma kalšanas tehnoloģijas attīstības perspektīvas

Titāna sakausējuma kalšanas process tiek plaši izmantots aviācijas un kosmosa ražošanas nozarēs. Izotermiskais kalšanas process izmantots dzinēju detaļu un lidaparātu konstrukciju detaļu ražošanā; tas kļūst arvien populārāks arī automobiļu, elektroenerģijas un jūras flotes nozarēs. Laipni lūdzam.Ārvalstīs titāna sakausējumu pielietojums ir attīstījies ļoti augstā līmenī, un augstākas temperatūras TiAL sakausējumu un intermetālisko savienojumu pielietojums ir novērtēts cilvēku vidū, un ir veikts daudz pētījumu; lai labāk izmantotu šos materiālus, tajā pašā laikā ir veikti daudzi pētījumi par to deformācijas tehnoloģiju. Cilvēki arī pievērš arvien lielāku uzmanību pētījumiem par augstākas stiprības subtitāna sakausējumiem. Titāna sakausējuma pielietojums un kalšanas tehnoloģiju izpēte joprojām būs aktuāla tēma.