Analyysi ja sovellusesimerkit titaaniseoksen taontaprosessista ilmailuteollisuudessa

Analyysi ja sovellusesimerkit titaaniseoksen taontaprosessista ilmailuteollisuudessa

Yhteenveto: Se esittelee pääasiassa titaaniseos- ja taontatekniikkaa. Ottaen esimerkkeinä lentotuotannossa löydetyt TC4-taomien taontavirheet ja prosessin parantamisprosessin, se analysoi titaaniseoksesta takomisen prosessiominaisuuksia sekä sen soveltamis- ja kehitysnäkymiä lentoteollisuudessa.

1. Yleiskatsaus

Maamme kansantalouden sekä tieteen ja teknologian suuren kehityksen myötä ilmailu- ja ilmailuteollisuus on tuonut viime vuosina uusia kehitysmahdollisuuksia, varsinkin kansallisen "suuri lentokone" -hankkeen perustamisen jälkeen, siviili-ilmailun valmistusteollisuudesta tulee uusi kansantalouden kehitystä johtava talouskasvupiste, jolla on laajat kehitysnäkymät. Jotta lentokoneiden kehittyneisyys, luotettavuus ja soveltuvuus jatkuvasti parannettaisiin ja kotimaisten lentokoneiden kansainvälisten markkinoiden kilpailukyky kasvaisi, siviili-ilmailun valmistajilla on yhä korkeammat vaatimukset lentokoneille ilmailun valmistusmateriaalien valinta; Titaaniseoksen pääominaisuudet ovat sen pieni ominaispaino, korkea lujuus ja hyvä lämmönkestävyys ja korroosionkestävyys. Siitä on tullut nykyaikaisten lentokoneiden voimakomponenttien tärkein materiaali, joka vähentää huomattavasti lentokoneen painoa, muun muassa TC4- (Ti-6AL-4V) ja TB6-titaaniseoksesta valmistettuja takoja käytetään enemmän ilmailussa. valmistus.

2. Titaaniseosten luokittelu ja taontaprosessit

Huoneenlämpötilassa olevan mikrorakenteen mukaan titaaniseokset voidaan jakaa kolmeen tyyppiin: -tyyppiset seokset, + -tyyppiset seokset ja -tyyppiset seokset. Niistä + --tyyppisten metalliseosten kestomuoveilla on vähän yhteyttä muodonmuutosnopeuteen, kun taas -tyypin metalliseoksilla on hyvä muokattavuus, mutta liian alhainen lämpötila voi aiheuttaa -faasisaostumista. Titaaniseoksen taontaprosessi on jaettu tavanomaiseen taonta ja korkean lämpötilan taonta taontalämpötilan ja siirtymälämpötilan välisen suhteen mukaan.

2.1 Titaaniseoksen perinteinen taonta

Yleisesti käytetyt deformoidut titaaniseokset takotaan yleensä alle siirtymälämpötilan, jota kutsutaan tavanomaiseksi takomiseksi. Aihion kuumennuslämpötilan mukaan (+)-vaihevyöhykkeellä se voidaan jakaa ylemmän kaksivaiheisen alueen takomiseen ja takomiseen. alemmalla kaksivaiheisella vyöhykkeellä.?

2.1.1 Takominen alemmassa kaksivaiheisessa vyöhykkeessä

Taonta alemmalla kaksivaiheisella vyöhykkeellä kuumennetaan ja takotaan yleensä 40-50 astetta siirtymälämpötilan alapuolella. Tällä hetkellä nouseva vaihe ja osallistuvat muodonmuutokseen samanaikaisesti.Mitä alempi muodonmuutoslämpötila, sitä suurempi määrä vaiheita muodonmuutoksessa.Verrattuna alueen muodonmuutokseen, vaiheen uudelleenkiteytysprosessi alempana kaksivaiheinen alue kiihtyy jyrkästi. Uudelleenkiteyttämällä muodostuneet uudet rakeet eivät vain saostu epämuodostunutta alkuperäistä raerajaa pitkin, vaan ne näkyvät myös raeraajan ja levykerroksen välisessä välikerroksessa. Tällä menetelmällä valmistetuilla takeilla on korkea lujuus ja hyvä plastisuus, mutta niiden murtolujuus ja virumisominaisuuksilla on edelleen paljon potentiaalia.

2.1.2 Taonta ylemmässä kaksivaiheisessa vyöhykkeessä

Se on taottu lämpötilassa 10-15 astetta /( + ) -vaiheen siirtymäpisteen alapuolella. Lopullinen kudos muodonmuutoksen jälkeen sisältää enemmän -muuntunutta kudosta, mikä voi parantaa kudoksen virumiskykyä ja murtumislujuutta; titaaniseoksen plastisuus, lujuus ja sitkeys voidaan yhdistää.

2.2 Titaaniseoksen taonta korkeassa lämpötilassa

Tunnetaan myös nimellä "taonta", se on jaettu kahteen tyyppiin: ensimmäinen on prosessimenetelmä, jossa aihio kuumennetaan vyöhykkeellä, aloitetaan ja viimeistellään taonta vyöhykkeellä; toinen on prosessimenetelmä, jossa aihio kuumennetaan vyöhykkeellä, aloitetaan taonta vyöhykkeellä ja säädellään suurta muodonmuutosta taontamisen loppuunsaattamiseksi kaksivaiheisella vyöhykkeellä, jota kutsutaan "alitaotukseksi". Kaksivaiheinen vyöhyketaonta, taonta voi saada suuremman virumislujuuden ja murtolujuuden, mikä myös edistää titaaniseosten väsymisominaisuuksien parantamista.

2.3 Titaaniseoksen isoterminen taonta

Tällaisessa prosessissa käytetään materiaalin superplastisuutta ja virumismekanismia monimutkaisempien takeiden tuottamiseen, mikä edellyttää muotin esilämmittämistä ja sen säilyttämistä alueella 760–980 astetta; hydraulipuristin käyttää painetta ennalta määrätyllä arvolla, ja puristimen työnopeus säädetään automaattisesti aihion muodonmuutoskestävyyden mukaan. Koska muotti kuumennetaan, ei ole tarvetta käyttää niin nopeasti liikkuvaa palkkia nopean jäähtymisen välttämiseksi. Monilla lentokoneissa käytetyillä takeilla on ohuiden seinien ja korkeiden ripojen ominaisuuksia, joten tällaista prosessia on sovellettu ilmailun valmistuksessa, kuten tietyntyyppisten kotimaisten lentokoneiden TB6-titaaniseoksesta isoterminen tarkkuustaontaprosessi.

3. Vikaanalyysi ja prosessin parantaminen TC4 takeissa

3.1 Vikojen esiintyminen ja analyysi TC4 takeissa

Kun tehdas suoritti TC4 takeiden koetuotannon majakan mukaan, useat takeiden suoritusindikaattorit havaittiin kelpaamattomiksi. Niistä "lovijännitysmurtuman" indeksi oli alle 5 tuntia. Tämän ongelman valossa tulee ensin analysoida TC4:n metallografinen rakenne ja sitten etsiä syy taontaprosessista.

3.1.1 TC4:n metallografisen organisaation morfologiset ominaisuudet

TC4 titaaniseos on + titaaniseos, koostumus on Ti―6AL-4V, hehkutettu rakenne on + faasi, sisältää 6? -stabiloitu alkuainealumiini parantaa -faasin lujuutta kiinteän sulavahvistuksen avulla ja vanadiinilla on pienempi kyky stabiloida -faasia. Siksi -faasien lukumäärä hehkutetussa kudoksessa on pieni, mikä vastaa noin 7-10?.

Eri lämpökäsittely- ja lämpökäsittelyolosuhteissa perusfaasien ja TC4-metalliseosten suhteet, ominaisuudet ja morfologia ovat hyvin erilaisia. TC4-lejeeringin siirtymälämpötila on noin 1000 astetta. Jos TC4 kuumennetaan 950 asteeseen, tuloksena oleva kudos ilmajäähdytyksen jälkeen on nousevaa + siirtymäkudosta; 1100 asteeseen kuumennettaessa ja ilmajäähdytettäessä saadaan paksu ja täysin muuttunut -faasikudos, jota kutsutaan Wein kudokseksi. Jos kuumennus ja muodonmuutos vaikuttavat samanaikaisesti, vaikutus on selvempi. TC4-seos kuumennetaan siirtymälämpötilan yläpuolelle, mutta muodonmuutos on pieni ja muodostuu Wein kudosta.Sen organisatoriset ominaisuudet ovat: alhainen plastisuus ja iskunkestävyys, mutta hyvä virumiskestävyys.Jos alkuperäinen muodonmuutoslämpötila on siirtymän yläpuolella, mutta muodonmuutosaste on riittävän suuri, tuloksena saatavat kudosominaisuudet ovat: faasin piirtämä raerajaosa murskautuu ja raidallinen faasiosa vääristyy, jota kutsutaan verkkomaiseksi kudokseksi. Sille on ominaista parempi plastisuus ja isku. sitkeys kuin Wein organisaatio, samanlainen kuin isometrinen hienokideorganisaatio, pitkäkestoinen korkea lämpötila ja hyvä virumiskyky.Jos kuumennuslämpötila on alhaisempi kuin siirtymälämpötila ja muodonmuutosaste on riittävä, saadaan isometrinen rakenne.Sille on ominaista hyvä kokonaissuorituskyky, erityisesti korkea plastisuus ja iskunkestävyys.Jos +-vaiheen alueen korkean lämpötilan osa deformoituu ja sitten hehkutetaan korkeassa lämpötilassa sekarakenteen muodostamiseksi, sen yleinen suorituskyky on hyvä.

Yllä olevasta metallografisen organisaation analyysistä voidaan päätellä, että jos TC4:n suorituskyky heikkenee, se voi johtua kahdesta taontaprosessin yhteydestä.:

①Lämmityslämpötila on liian korkea ja saavuttaa tai ylittää siirtymälämpötilan;

②Takomoiden muodonmuutosaste ei ole riittävän suuri.

3.1.2 TC4 taontaprosessin analyysi

Takomisen lämpötilan vaikutus + titaaniseoksen raekokoon ja huoneenlämpötilaominaisuuksiin on se, että lämpötilan noustessa (faasisiirtymän yläpuolella) rakeesta tulee suurempi, venymä ja poikkileikkauksen kutistuminen pienenevät ja plastisuus pienenee. ; varmistaakseen, että TC4 takeilla on hyvä kokonaissuorituskyky, ne tulisi takoa siirtymälämpötilan alapuolella. Titaaniseoksella on korkea muodonmuutoskestävyys, mutta huono lämmönjohtavuus. Takomisen aikana, lejeeringin voimakkaan virtauksen ja raskaan vasaran alaisena, muodonmuutos voi aiheuttaa taon yksittäisten osien lämpötilan ylittämään siirtymälämpötilan, ja muodonmuutosaste on liian suuri, liian pieni ja muut tekijät aiheuttavat rakeen olla paksua, mikä heikentää suorituskykyä.Yllä olevan perusteella voidaan alustavasti päätellä, että syyt TC4-takomoiden suorituskykyyn voivat johtua.:

①Taotun aihion erän lämpötila on kuumennettaessa liian korkea ja ylittää siirtymäkohdan;

②Kun yksi vasara on liian painava takomisen aikana, yhden vasaran muodonmuutosaste on liian suuri, mikä aiheuttaa paikallista ylikuumenemista ja aggregoitumista ja uudelleenkiteytymistä, ja suorituskyky heikkenee.

③Lämpökäsittelylämpötila takomisen jälkeen on liian korkea, joten TC4-takomisen lämpötila ylittää siirtymäkohdan, muodostaen Wei-kudoksen ja heikentää takomisen suorituskykyä.

3.2 TC4 taontaprosessin parametrien muutokset ja testitulokset

3.2.1 Testiparametrien valinta ja tulokset

Yllä olevan analyysin perusteella muuta TC4-taontaprosessiparametreja (taulukko 1) ja kiinnitä huomiota kevyeen ja nopeaan takomiseen samanaikaisesti takottaessa. (Huom. Leikkauskoko￠50×113, taontakoko 50×65×65)

Testitulokset: Kaikki suoritusindikaattorit ovat hyväksyttyjä, joista "lovijännitysmurtuman" indeksi on yli 5 tuntia.

3.2.2 Testitulosten analysointi

(1) Uunin lämpötilasta ja alkuperäisestä taontalämpötilasta päätellen lämmityslämpötila ei ole liian korkea, vaikka se ylittäisi 20 astetta, päteviä osia voidaan silti takoa.

(2) Testissä yhdellä vasaran iskulla lyötiin kevyesti pikarei'ittimeen, ja testitakkojen suorituskyky oli standardin mukainen, mikä osoitti, että kevyt ja nopea lyönti oli tärkeä tekijä parannettaessa koneen suorituskykyä. takeet.

(3) Lämpökäsittelylämpötila takomisen jälkeen on 20 astetta alhaisempi kuin alkuperäinen parametri, mikä voi myös olla suorituskykyä parantava tekijä, koska lämpötilan kannalta, jos uunin lämpötila saavuttaa 795 asteen lämpötilan säätöpoikkeaman vuoksi, tämä ylittää tuotantokäsikirjassa määritellyn 780 asteen, mikä johtaa takeiden suorituskyvyn heikkenemiseen.

3.2.3 Testitulosten todentaminen ja päättäminen

Testitulosten edelleen todentamiseksi suoritettiin koe tuotannon kanssa (taulukko 2), ja kevyen ja nopean lyönnin menetelmää ylläpidettiin edelleen vasaran aikana; tuloksena oli, että kaikki takeet läpäisivät testin ja "lovijännitysmurtuman" indeksi oli yli 5 tuntia.

TC4-titaaniseoksesta valmistettujen takeiden mekaaniset ominaisuudet ennen testiä ja sen jälkeen on esitetty yllä (taulukko 3). Testin kautta päädyttiin siihen, että TC4-titaaniseoksesta valmistettuja takeita valmistettaessa takomisen prosessiparametreja tulee valvoa tarkasti; Ensinnäkin kiinnitä huomiota kevyeen ja nopeaan taontaan taonossa yhden vasaran muodonmuutoksen vähentämiseksi, ja toiseksi lämpökäsittelyn lämpötilan teoreettinen arvo takomisen jälkeen tulisi asettaa alueelle 760–770 astetta, joten TC4 takeiden taontalaadun varmistamiseksi.

3. Titaaniseoksen taontatekniikan kehitysnäkymät

Titaaniseoksen taontaprosessia käytetään laajalti ilmailu- ja ilmailuteollisuudessa. Isotermistä taontaprosessia on käytetty moottorin osien ja lentokoneiden rakenneosien valmistuksessa; se on myös tulossa yhä suositummaksi auto-, sähkö- ja laivastoteollisuudessa. Tervetuloa.Ulkomaissa titaaniseosten käyttö on kehittynyt erittäin korkealle tasolle, ja korkeamman lämpötilan TiAL-seosten ja metallien välisten yhdisteiden käyttö on arvostettu ihmisten keskuudessa, ja tutkimusta on tehty paljon; Jotta näitä materiaaleja voitaisiin soveltaa paremmin, on samalla tehty monia tutkimuksia niiden muodonmuutosteknologiasta. Ihmiset kiinnittävät myös yhä enemmän huomiota lujempien subtitaaniseosten tutkimukseen. Titaaniseoksen käyttö ja taontatekniikan tutkimus on edelleen kuuma aihe.