一、等溫鍛造的鍛造溫度
1 鍛造溫度設定
鈦合金坯料已經是具有細小均勻的兩相區組織,這種組織已經具有超塑性。鈦合金鍛造溫度都處于鈦合金的超塑性變形范圍,溫度的確定主要是保證鍛件達到技術條件規定的組織和性能。
2 鍛坯的加熱
等溫鍛造用的鈦合金坯料表面應該經過機械加工或噴砂,沒有黑皮,涂有防氧化涂料。
采用溫度波動范圍小于10℃的電爐加熱。通常在爐溫到加熱溫度后入爐,快速加熱。常用鈦合金鍛件的等溫鍛造溫度見表9-13.
| 表9-13常用鈦合金鍛件的等溫鍛造溫度 | |||
鈦合金 | 等溫鍛造溫度/℃ | 鈦合金 | 等溫鍛造溫度/℃ |
TC4 | 950 | TC17β鍛 | 920 |
TC6 | 970 | TA15 | 980 |
TC11 | 960 | TA19 | 950 |
TC17兩相區鍛 | 860 | TB6 | 800 |
為了防止帶加熱元件的爐底板造成坯料底部過熱,坯料應該放在便于空氣流通的耐熱架上,并且坯料之間要留有足夠的距離,以防止爐頂的熱電偶被冷坯料屏蔽而顯示溫度過低。
鈦合金坯料包括預鍛坯的加熱不僅僅是加熱到溫度便于鍛造,實際上還是一個組織狀態的控制過程,因此加熱保溫時間不應該盡量短,應該讓組織有一個足夠轉變的時間。通常保溫時間按坯料的最小厚度計算,即1mm/min.
二、等溫鍛造壓力設計
利用材料的超塑性的等溫鍛造工藝,其鍛造壓力明顯低于普通鍛造。對于形狀較簡單的鍛件,鍛造的單位壓力只要材料在鍛造溫度時的超塑變形流變應力的3~4倍,大多數鈦合金的鍛造應力為60~70MPa.形狀復雜的鍛件的鍛造應力也只要100~150MPa.過分大的壓力容易造成模具損壞,因為模具K3高溫合金材料在等溫鍛造溫度950℃時100h的持久強度為220MPa,但是模具的疏松、縮孔是無法避免的,估計模具強度只有180MPa.設計鍛造應力取150MPa已經是最大值了。
三、 等溫鍛造速度設計
等溫鍛造是利用鈦合金的超塑性發展的一種新技術。超塑性是在很慢的變形速率下出現的特性。但是等溫鍛造是否需要在很慢的變形速率下完成整個鍛造過程呢,答案是否定的。等溫鍛造需要解決普通鍛造鍛造力大的困難。而鍛造的前期鍛造力不大,如果采用低的鍛造速度,鍛造力非常小,設備能力遠遠沒有發揮出來,鈦合金在普通鍛造速度下的塑性較好,而花費了很長時間,是不合理的。
鈦合金等溫鍛造的速度設計主要是設定初始鍛造速度,常用的鈦合金等溫鍛造速度設為5mm/s.對于變形行程特別大的件,可以設定初始鍛造速度為10mm/s.對于脆性的鈦基復合材料和鈦鋁金屬間化合物,初始鍛造速度根據不同材料設定在0.05~0.5mm/s.到了鍛造后期,鍛坯已經和模具大部分接觸,需要填充模腔的細節部分。這時候用常規鍛造速度需要很大的鍛造力,把速度降低到超塑性范圍,需要的力只有常規鍛造速度的1/5~1/10.這時的變形量只有總變形量的1/3~1/5.
在設定鍛造速度的同時設定鍛造壓力。起始用快速鍛壓,壓力不是很大。隨著變形量的增加,變形壓力逐漸提高。到了設定的鍛造壓力時,由于壓力的限制,速度自然下降,這時實際的鍛造速度已經不是設定的初始鍛造速度,而是鍛件自己的隨變形速度下降流變應力下降的能力決定的速度。速度下降使鈦合金的流變應力明顯下降,繼續變形,逐漸進入了超塑性變形狀態。在保持設定壓力下,最后速度可能降低到0.001mm/s.鍛件可以充滿非常好,實現精密鍛造。
四、鍛件設計
等溫鍛件設計成小余量或無余量鍛件。采用閉式模鍛,沒有飛邊。航空鍛件要求預留2.5~4mm超聲波探傷盲區的余量,鍛造工藝余量一般留1~2.5mm,脫模角0°~3°,內圓角R5~8mm,外圓角R1~5mm,連皮厚度3~8mm.
等溫鍛造模具多采用組合模,由多塊模塊組成。分模面一般指上模與下模的閉合面,放在金屬最后成形的地方,并不要求在同一平面。
由于等溫鍛造材料的變形抗力小,一些小鍛件可以同時鍛造2個以上鍛件。一來可以充分利用壓機的能量,提高生產率;二來可以加大鍛件的變形量,改善鍛件的組織和性能。
五、 等溫自由鍛造制坯
用等溫自由鍛造制坯料有很好的效果。制坯料一個目的是得到終鍛需要的各部位的金屬分配,另一個目的是得到合乎技術條件的低倍和高倍組織。形狀制備可以采用普通鍛造,但是等溫鍛造制坯的表面光潔,不用加工就可進行超聲波探傷,這是普通鍛造做不到的。等溫鍛造沒有激冷造成的變形死區,而且一火次壓下的變形比達到5~10,甚至更大,可以很好地細化晶粒,獲得良好的低倍和高倍組織,滿足超聲波探傷指標要求。
六、等溫鍛件工序設計
1 小、中型鍛件
小、中型鍛件的工序設計為:圓光棒下料-涂刷(噴涂)防氧化潤滑涂料一等溫自由鍛坯料-清除表面涂料-再涂刷(噴涂)防氧化潤滑涂料一一次等溫鍛造成形精密鍛件一熱處理一去除連皮、毛刺一噴砂一檢驗。
2 大型軸對稱件
大型軸對稱件(以盤為例)的工序設計為:圓光棒下料-涂刷(噴涂)防氧化潤滑涂料一等溫自由鍛餅或環一清除表面涂料一機加工一超聲波探傷檢驗-再涂刷(噴涂)防氧化潤滑涂料一一次等溫鍛造成形精密鍛件一熱處理一去除連皮、毛刺-噴砂一檢驗。
3 大型非軸對稱件
大型非軸對稱件(以大型葉片為例)的工序設計為:圓光棒下料-涂刷(噴涂)防氧化潤滑涂料一等溫自由鍛坯料一清除表面涂料-再涂刷(噴涂)防氧化潤滑涂料一等溫鍛造預鍛件-超聲波探傷檢驗-清除表面涂料-再涂刷(噴涂)防氧化潤滑涂料一一次等溫鍛造成形精密鍛件一熱處理、矯形聯合操作一去除連皮、毛刺一噴砂一檢驗。
4 特大非軸對稱件
特大非軸對稱件(以大型框為例)的工序設計為:矩形棒下料-涂刷(噴涂)防氧化潤滑涂料-自由鍛荒坯料-清除表面涂料一再涂刷(噴涂)防氧化潤滑涂料一等溫鍛造預鍛件一去除連皮、毛刺-超聲波探傷檢驗-清除表面涂料-再涂刷(噴涂)防氧化潤滑涂料一一次等溫鍛造成形精密鍛件一熱處理、矯形聯合操作一去除毛刺、取下試樣塊一鍛件噴砂一檢驗。
億沐鑫新材料公司產品分類:鈦棒、鈦管、鈦板、鈦陽極、鈦箔鈦帶、鈦法蘭、鈦絲、鈦靶材、鈦設備、鈦餅鈦環、鈦標準件、鈦加工件
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