摘 要:主要先容钛合金及铸造工艺,以航空生产中发明的TC4锻件铸造缺陷并刷新工艺的历程为例,剖析了钛合金铸造的工艺特点及在航空工业中的应用和生长远景。。。。。

1、概述

随着我国国民经济、科学手艺的大生长,航天、航空工业近年迎来了新的生长契机,尤其在国家“大飞机”项目立项后,民用航空制造工业将成为引领国民经济生长的新的经济增添点,有着辽阔的生长远景。。。。。民用航空制造企业为了一直提高飞机的先进性、可靠性、适用性,增添国产飞机的国际市场竞争力,对航空制造质料的选摘要求越来越高;钛合金的主要特点是比重小,强度高,同时具有优异的耐热、耐侵蚀性能,成为现代飞机受力构件的主选质料,大大减轻了飞机重量,其中TC4(Ti-6AL-4V)和TB6钛合金锻件在航空制造中应用较多。。。。。

2、钛合金及铸造工艺的分类

凭证室温显微组织,钛合金可分为三种类型:α型合金、α+β型合金和β型合金,其中α和α+β型合金的热塑性与变形速率关系不大,而β型合金有优异的可锻性但温度过低可能引起α相沉淀。。。。。钛合金的铸造工艺按铸造温度与β转变温度的关系,分为通例铸造与高温铸造。。。。。

2.1 钛合金的通例铸造

常用变形钛合金通常都是在β转变温度以下铸造的,称为通例铸造。。。。。凭证坯料在(α+β)相区加热温度的崎岖,可细分为上两相区铸造与下两相区铸造。。。。。?

2.1.1 下两相区铸造

下两相区铸造一样平常是在β转变温度以下40～50℃加热铸造,此时初生α相和β相同时加入变形。。。。。变形温度愈低,加入变形的α相数目愈多。。。。。与β区变形相比,在下两相区域β相的再结晶历程急剧加速,再结晶形成的新的β晶粒不但沿变形的原始β晶界上析出,并且在β晶界内和α片层间的β中心层内泛起。。。。。经这种工艺生产的锻件强度很高,塑性较好,但其断裂韧性与蠕变性能尚有很大潜力。。。。。

2.1.2 上两相区铸造

它是在β/(α+β)相变点以下10-15℃的温度下始锻。。。。。其变形后的最终组织含有较多的β转变组织,可提高组织的蠕变性能和断裂韧性;使钛合金塑性、强度、韧性兼得。。。。。

2.2 钛合金的高温铸造

也称为“β锻”,分为两种:第一种是坯料在β区加热,在β区最先并完成铸造的工艺要领;第二种是坯料在β区加热,在β区最先铸造,并控制很大变形量在两相区完成铸造的工艺要领,简称为“亚β锻”。。。。。与两相区铸造相比,β铸造能获得较高的蠕变强度和断裂韧性,尚有利于钛合金周疲劳性能的提高。。。。。

2.3 钛合金的等温模锻

该种工艺使用了质料的超塑性及蠕变机理来生产较重大锻件,要求模具预热并坚持在760～980℃的规模内;液压机以预定的值施加压力,压力机的事情速率由毛坯的变形抗力自动调理。。。。。由于模具改为加热的,不需要接纳那么快的运动横梁去阻止急冷。。。。。飞机上用的许多锻件都具有薄壁和肋高的特征,故在航空制造中该种工艺获得了应用,如国产某型机的TB6钛合金等温精模锻件工艺。。。。。

3、TC4锻件缺陷剖析及工艺刷新

3.1 TC4锻件缺陷的泛起及剖析

某厂按航标举行TC4锻件试生产时,检测出试件几项锻件性能指标缺乏格,其中“缺口应力断裂”指标小于5小时,针对此问题,首先应从TC4的金相组织形态剖析,然后从铸造工艺找缘故原由。。。。。

3.1.1 TC4的金相组织形态特征

TC4钛合金属α+β型钛合金,组成为Ti―6AL―4V,退火组织为α+β相,含有6?的α稳固元素铝,通过固熔强化使α相的强度获得提高,钒稳固β相的能力较小,因此退火组织中β相的数目较少,约莫占7-10?。。。。。

TC4合金在差别的热处置惩罚和热加工条件下,基内情α、β的比例、性子和形态是很差别的。。。。。TC4合金的β转变温度在1000℃左右,若将TC4加热到950℃,空冷后所得组织为初生α+β转变组织;如加热到1100℃、空冷,则获得粗大的完全转变的β相组织,称为魏氏组织。。。。。若是加热和变形同时作用,影响越发显着,将TC4合金加热到β转变温度以上,但变形较小,即形成魏氏组织。。。。。其组织特征是:塑性、攻击韧性较低,但抗蠕变能力较好。。。。。若是最先变形温度在β转变以上,但变形水平足够大,则获得的组织特征是:α相勾划出的β晶界部分被破损,条状α相部分被扭曲,称为网篮状组织。。。。。其特征是塑性、攻击韧性较魏氏组织好,近似于等轴细晶组织,高温长期和蠕变性能较好。。。。。若是加热温度低于β转变温度,且变形水平足够,即获得等轴组织。。。。。其特点是综合性能较好,特殊是塑性和攻击韧性较高。。。。。若是在α+β相区高温部分变形后又经高温退火就混淆型组织,其综合性能好。。。。。

从以上对金相组织的剖析可判断若TC4性能下降,可能由铸造历程中两个环节引起:

①加热温度过高,抵达或凌驾β转变温度;

②锻件变形水平不敷大。。。。。

3.1.2 TC4铸造工艺剖析

铸造温度对α+β钛合金的β晶粒尺寸与室温性能的影响是随着温度的提高(β相转变以上)β晶粒变大,而延伸率和断面缩短率变小,塑性下降;为了包管TC4锻件具有优异的综合性能,应在β转变温度以下铸造。。。。。钛合金变形抗力较高,但导热性较差;铸造时在合金强烈流动和过重锤击下,爆发的变形可能使锻件个体部位温度凌驾β转变温度,尚有变形水平过大、过小等因素都会引起晶粒粗大,使性能下降。。。。。综合上述可起源确定可能引起TC4锻件性能缺乏格的缘故原由:

①该批锻坯加热时温度过高、凌驾β转变点;

②铸造时单次锤击过重,使单次变形水平过大,引起局部过热和群集再结晶,使性能下降。。。。。

③锻后热处置惩罚温度过高,使TC4锻件温度凌驾了β转变点,形成魏氏组织,降低锻件性能。。。。。

3.2 TC4铸造工艺参数改变及试验效果

3.2.1 试验参数的选取和效果

针对以上剖析,改变TC4铸造工艺参数(表1)同时铸造时注重轻打快打。。。。。(注:下料尺寸￠50×113,锻件尺寸50×65×65)

试验效果:所有性能指标均及格,其中“缺口应力断裂”指标均大于5小时。。。。。

3.2.2 试验效果剖析

(1)从炉温及始锻温度看,加热温度并没有过高,纵然再凌驾20℃仍可锻出及格件。。。。。

(2)试验中接纳单次锤击轻打快打,试验锻件性能达标,证实轻打快打是改善锻件性能的一个主要因素。。。。。

(3)锻后热处置惩罚温度比原参数降低20℃,也可能是改善性能的一个因素,由于从温度上看,若炉温由于控温误差抵达795℃,这就凌驾了生产说明书划定的780℃,就会导致锻件性能下降。。。。。

3.2.3 试验效果验证及结论

为了进一步验证试验效果,又团结生产作了一个试验(表2),在锤击时仍坚持轻打快打的要领;效果锻件检测所有及格,“缺口应力断裂”指标均大于5小时。。。。。

试验前后TC4钛合金锻件力学性能见上(表3)。。。。。通过试验得出结论:在举行TC4钛合金锻件生产时,应严酷控制铸造的工艺参数;首先注重铸造中轻打快打,降低单次锤击变形量,其次锻后热处置惩罚温度理论值应定在760～770℃规模内,这样才华包管TC4锻件的铸造质量。。。。。

4、钛合金铸造工艺的生长远景

钛合金的铸造工艺普遍应用于航空、航天制造业,等温铸造工艺已用于生产发念头的零件和飞机结构件上;也越来越受到汽车、电力和舰船等工业部分的接待。。。。。在外洋,钛合金的应用已生长到很高的水平,应用于更高温度的TiAL合金及金属间化合物已被人们所重视,并举行了大宗的研究;为了更好地应用这些质料,同时对其变形工艺的也做了许多研究。。。。。人们还越来越重视对更高强度的亚β型钛合金的研究。。。。。钛合金的应用及铸造工艺的研究仍将是一项热门的课题。。。。。

参考文献

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[2]王乐安.难变形合金锻件生产手艺[M].北京:国防工业出书社,2005.

[3]吕炎.锻件缺陷剖析与对策[M].北京:机械工业出书社,1999.

[4]王广生.金属热处置惩罚缺陷剖析及案例[M].北京:机械工业出书社,2002.

[5]李乐成.航空航天质料[M].北京:国防工业出书社,2002.

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