Analiza i primjeri primjene procesa kovanja titanijumske legure u avio industriji

Analiza i primjeri primjene procesa kovanja titanijumske legure u avio industriji

Sažetak: Uglavnom uvodi leguru titanijuma i tehnologiju kovanja. Uzimajući za primjer defekte kovanja TC4 otkovaka pronađenih u avio-proizvodnji i proces poboljšanja procesa, analizira se procesne karakteristike kovanja od titanijumske legure i njegove primjene i perspektive razvoja u avio industriji.

1. Pregled

Velikim razvojem nacionalne privrede i nauke i tehnologije naše zemlje, vazduhoplovna i vazduhoplovna industrija otvorile su nove razvojne mogućnosti poslednjih godina, posebno nakon uspostavljanja nacionalnog projekta „velikih aviona“, industrija proizvodnje civilnog vazduhoplovstva će postati nova tačka ekonomskog rasta koja vodi nacionalni ekonomski razvoj, sa širokim perspektivama za razvoj. U cilju kontinuiranog unapređenja naprednosti, pouzdanosti i primenljivosti aviona i povećanja konkurentnosti domaćih aviona na međunarodnom tržištu, preduzeća za proizvodnju civilnog vazduhoplovstva imaju sve veće zahteve za izbor materijala za proizvodnju vazduhoplovstva; Glavne karakteristike legure titanijuma su mala specifična težina, visoka čvrstoća i dobra otpornost na toplotu i koroziju. Postao je glavni izbor za komponente modernih avionskih snaga, značajno smanjujući težinu aviona, među kojima se u avijaciji više koriste otkovci od legure titana TC4 (Ti-6AL-4V) i TB6 proizvodnja.

2. Klasifikacija legura titanijuma i procesa kovanja

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

2.1 Konvencionalno kovanje legure titanijuma

Obično korišćene deformisane legure titanijuma se obično kovaju ispod prelazne temperature, što se naziva konvencionalno kovanje. Prema temperaturi zagrevanja zalivka u (+) faznoj zoni, može se podeliti 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 se generalno zagreva i kuje na 40~50 stepeni ispod prelazne temperature. U ovom trenutku, faza u nastajanju i istovremeno učestvuju u deformaciji. Što je niža temperatura deformacije, to je veći broj faza uključenih u deformaciju. U poređenju sa deformacijom regiona, proces rekristalizacije faze u nižim dvofazno područje se naglo ubrzava. Nova zrna nastala rekristalizacijom ne samo da se talože duž deformirane originalne 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 svoju žilavost loma i svojstva puzanja i dalje imaju veliki potencijal.

2.1.2 Kovanje u gornjoj dvofaznoj zoni

Kova se na temperaturi od 10-15 stepena ispod /( + ) tačke faznog prelaza. Završno tkivo nakon deformacije sadrži više -transformisanog tkiva, što može poboljšati performanse puzanja i žilavost tkiva na lom; plastičnost, čvrstoća i žilavost legure titanijuma mogu se kombinovati.

2.2 Visokotemperaturno kovanje legure titanijuma

Poznato i kao "kovanje", deli se na dva tipa: prvi je procesni metod zagrevanja blanka u zoni, početak i završetak kovanja u zoni; drugi je procesna metoda zagrijavanja zalihe u zoni, započinjanje kovanja u zoni i kontrola velike količine deformacije za završetak kovanja u dvofaznoj zoni, koja se naziva "podkovanje". U poređenju sa dvofazno zonsko kovanje, kovanje može postići veću čvrstoću puzanja i žilavost loma, što takođe doprinosi poboljšanju zamornih svojstava titanijumskih legura.

2.3 Izotermno kovanje titanijumske legure

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 presa vrši pritisak na unapred određenoj vrednosti, a radna brzina prese se automatski podešava prema otpornosti na deformaciju blanka. Pošto je kalup zagrejan, nema potrebe da se koristi tako brza pokretna greda kako bi se izbeglo brzo hlađenje. Mnogi otkovci koji se koriste u avionima imaju karakteristike tankih zidova i visokih rebara, tako da je ovakav postupak primenjen u avio-proizvodnji, kao što je izotermni precizni proces kovanja od legura titanijuma TB6 kod određenog tipa domaćih aviona.

3. Analiza grešaka i poboljšanje procesa TC4 otkovaka

3.1 Pojava i analiza nedostataka u TC4 otkovcima

Kada je fabrika izvršila probnu proizvodnju TC4 otkovaka prema beacon-u, otkriveno je da nekoliko indikatora performansi otkovaka nije kvalifikovano. Među njima je indeks „frakture zarezanog stresa“ bio manji od 5 sati. S obzirom na ovaj problem, potrebno je prvo analizirati metalografsku strukturu TC4, a zatim iz procesa kovanja pronaći razlog.

3.1.1 Morfološke karakteristike metalografske organizacije TC4

TC4 legura titanijuma je legura + titanijum, sastav je Ti―6AL-4V, žarena struktura je + faza, koja sadrži 6? -Stabilizovani elementarni aluminijum poboljšava čvrstoću -faze kroz ojačavanje čvrstog rastopa, i vanadij ima manju sposobnost stabilizacije -faze. Stoga je broj -faza u žarenom tkivu mali, što čini oko 7-10?.

Pod različitim uslovima termičke obrade i termičke obrade, proporcije, svojstva i morfologija osnovnih faza i TC4 legura su veoma različite. Temperatura prelaza TC4 legure je oko 1000 stepeni. Ako se TC4 zagreje na 950 stepeni, nastalo tkivo nakon hlađenja vazduhom je u nastajanju + prelazno tkivo; ako se zagrije na 1100 stepeni i ohladi zrakom, dobije se gusto i potpuno transformirano tkivo -faze koje se naziva Weijevo tkivo. Ako zagrijavanje i deformacija djeluju istovremeno, efekat je očigledniji. TC4 legura se zagrijava iznad temperature prijelaza, ali je deformacija mala i formira se Weijevo tkivo. Njene organizacijske karakteristike su: niska plastičnost i udarna žilavost, ali dobra otpornost na puzanje. Ako je početna temperatura deformacije iznad prijelaza, ali stepen deformacije je dovoljno velik, rezultirajuće karakteristike tkiva su: granični dio zrna povučen fazom je zdrobljen, a prugasti fazni dio je izobličen, što se naziva mrežasto tkivo. Odlikuje se boljom plastičnošću i udarcem žilavost od Weiove organizacije, slična izometrijskoj organizaciji finih kristala, dugotrajna visoka temperatura i dobre performanse puzanja. Ako je temperatura zagrijavanja niža od prijelazne temperature i stepen deformacije je dovoljan, dobija se izometrijska struktura. dobre ukupne performanse, posebno visoku plastičnost i udarnu žilavost. Ako se visokotemperaturni dio područja + faze deformiše, a zatim žari na visokoj temperaturi kako bi se formirala mješovita struktura, njegove ukupne performanse su dobre.

Iz gornje analize metalografske organizacije može se suditi da ako se učinak TC4 smanji, to može biti uzrokovano dvije karike u procesu kovanja.:

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

② Stepen deformacije otkovaka nije dovoljno velik.

3.1.2 Analiza procesa kovanja TC4

Utjecaj temperature kovanja na veličinu zrna i svojstva sobne temperature legure + titan je da kako temperatura raste (iznad faznog prijelaza), zrno postaje veće, dok rastezanje i skupljanje poprečnog presjeka postaju manji, a plastičnost opada. ; kako bi se osiguralo da TC4 otkovci imaju dobre ukupne performanse, treba ih kovati ispod prijelazne temperature. Titanijumska legura ima visoku otpornost na deformacije, ali lošu toplinsku provodljivost. Tokom kovanja, pod nasilnim strujanjem legure i teškim udarcem čekićem, deformacija može uzrokovati da temperatura pojedinih dijelova otkovka premaši temperaturu prijelaza, a stepen deformacije je prevelik, premali i drugi faktori će uzrokovati zrno. biti debeo, što će umanjiti performanse. Na osnovu navedenog, može se preliminarno utvrditi da razlozi nekvalitetnih performansi TC4 otkovaka mogu biti uzrokovani:

①Temperatura serije kovanih zaliha je previsoka kada se zagrije, prelazi prelaznu tačku;

②Kada je jedan čekić pretežak tokom kovanja, stepen deformacije jednog čekića je prevelik, što uzrokuje lokalno pregrijavanje i agregaciju i rekristalizaciju, a performanse se smanjuju.

③Temperatura termičke obrade nakon kovanja je previsoka, tako da temperatura TC4 kovanja prelazi tačku prijelaza, formirajući Weijevo tkivo i smanjujući performanse kovanja.

3.2 Promjene parametara procesa kovanja TC4 i rezultati ispitivanja

3.2.1 Izbor i rezultati testnih parametara

S obzirom na gornju analizu, promijenite parametre procesa kovanja TC4 (Tabela 1) i obratite pažnju na lagano i brzo kovanje prilikom kovanja u isto vrijeme. (Napomena: Veličina rezanja￠50×113, veličina kovanja 50×65×65)

Rezultati ispitivanja: Svi pokazatelji performansi su kvalificirani, od kojih je indeks "loma naprezanja u zarezu" veći od 5 sati.

3.2.2 Analiza rezultata ispitivanja

(1) Sudeći prema temperaturi peći i početnoj temperaturi kovanja, temperatura grijanja nije previsoka, čak i ako prelazi 20 stepeni, kvalifikovani dijelovi se i dalje mogu kovati.

(2) U testu je korišćen jedan udarac čekića da se lagano udari brzi udar, a performanse testnih otkovaka bile su na nivou standarda, što je dokazalo da su lagani udar i brzi udar bili važan faktor u poboljšanju performansi udarca. otkovke.

(3) Temperatura termičke obrade nakon kovanja je 20 stepeni niža od originalnog parametra, što takođe može biti faktor u poboljšanju performansi, jer sa temperaturne tačke gledišta, ako temperatura peći dostigne 795 stepeni zbog odstupanja kontrole temperature, ovo prelazi 780 stepeni navedenih u proizvodnom priručniku, što će dovesti do smanjenja performansi otkovaka.

3.2.3 Verifikacija i zaključak rezultata ispitivanja

U cilju dalje provjere rezultata ispitivanja provedeno je ispitivanje u kombinaciji sa proizvodnjom (tablica 2), a metoda laganog i brzog udaranja je i dalje zadržana prilikom udaranja čekićem; rezultat je bio da su svi otkovci prošli test, a indeks "loma naprezanja u zarezu" veći od 5 sati.

Mehanička svojstva otkovaka od legure titanijuma TC4 pre i posle ispitivanja prikazana su gore (tablica 3). Ispitivanjem se zaključuje da pri proizvodnji otkovaka od legure titanijuma TC4 treba strogo kontrolisati procesne parametre kovanja; prije svega, obratite pažnju na lagano i brzo kovanje u kovanju kako biste smanjili deformaciju jednog čekića, a drugo, teoretsku vrijednost temperature termičke obrade nakon kovanja treba postaviti u rasponu od 760 ~ 770 stepeni, tako da kako bi se osigurao kvalitet kovanja TC4 otkovaka.

3. Perspektive razvoja tehnologije kovanja od legure titanijuma

Proces kovanja titanijumske legure široko se koristi u avio i svemirskoj industriji. Proces izotermnog kovanja je korišćen u proizvodnji delova motora i konstrukcijskih delova aviona; također postaje sve popularniji u automobilskoj, elektroenergetskoj i pomorskoj industriji. Dobrodošli. U stranim zemljama primena titanijumskih legura se razvila na veoma visok nivo, a primena visokotemperaturnih TiAL legura i intermetalnih jedinjenja je cenjena od strane ljudi i sprovedena su mnoga istraživanja; U cilju što bolje primene ovih materijala, istovremeno su rađena mnoga istraživanja o njihovoj tehnologiji deformacije. Ljudi sve više pažnje poklanjaju i istraživanju legura subtitanijuma veće čvrstoće. Primena legure titana i istraživanje tehnologije kovanja i dalje će biti vruća tema.