在(zai)各种钛合金(jin)制(zhi)品(pin)的(de)应用(yong)中,锻(duan)件多被(bei)用于气(qi)轮机(ji)压缩机(ji)盘以(yi)及医用人工骨等要求(qiu)高(gao)强高(gao)韧高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)的场(chang)合。因(yin)此,对(dui)锻件(jian)不(bu)仅(jin)要(yao)求尺(chi)寸精度高(gao),而且(qie)要(yao)求(qiu)材(cai)料具有优良的特(te)性和高的(de)稳定(ding)性(xing)。为(wei)此,在(zai)钛(tai)锻(duan)件(jian)的制(zhi)造(zao)过(guo)程中(zhong)要充(chong)分发挥(hui)钛合金特(te)性(xing),以获得高质(zhi)量的锻(duan)件(jian)。钛(tai)合金(jin)属(shu)难锻材(cai),易(yi)产(chan)生(sheng)裂纹。所(suo)以(yi)钛合(he)金(jin)锻件(jian)生产中最重(zhong)要(yao)的(de)就是对(dui)锻造温度(du)和塑性(xing)变形(xing)进(jin)行(xing)适(shi)当的(de)控(kong)制。
1、钛(tai)合金锻件(jian)的应(ying)用(yong)领(ling)域(yu)
(1)宇(yu)航领域(yu)
世界上(shang)50%的(de)钛(tai)材都(dou)用(yong)于宇航领域(yu)。军(jun)用(yong)飞机的机(ji)体(ti)30%使用(yong)钛合金,民(min)用飞(fei)机(ji)中钛(tai)的(de)用量(liang)也在逐(zhu)渐(jian)增加。据(ju)报(bao)道(dao),波音(yin)787飞(fei)机(ji)的用钛(tai)量(liang)已(yi)经(jing)达(da)到15%以上。机体用(yong)钛(tai)合金的(de)代(dai)表(biao)是Ti-6Al-4V合金,可(ke)靠性最高。近(jin)β型(xing)高(gao)强高韧(ren)钛合(he)金(jin)Ti-10V-2Fe-3Al已应(ying)用于(yu)波音(yin)777飞机的(de)起(qi)落架部(bu)件(jian)中,A380已经(jing)在(zai)探讨(tao)使(shi)用Ti-10V-
2Fe-3Al合(he)金大型锻件作(zuo)为(wei)主(zhu)起(qi)落(luo)架的传动(dong)装置。
若(ruo)能(neng)实(shi)用(yong),这(zhe)将是长达(da)7m的(de)最(zui)大(da)的(de)钛(tai)合(he)金(jin)锻(duan)件。在(zai)飞机发(fa)动机中,钛(tai)合金(jin)也(ye)是不(bu)可(ke)或缺的(de)材料(liao),主(zhu)要(yao)用于使(shi)用温(wen)度(du)在(zai)853K以下(xia)的(de)风(feng)扇和压缩(suo)机零(ling)件(jian)。典(dian)型的(de)使用(yong)部位(wei)有风(feng)扇(shan)叶(ye)片(pian)、外壳、盘件,压气(qi)机(ji)叶(ye)片、盘件(jian)、短(duan)轴、外壳等(deng)。使用的(de)钛合金(jin)有Ti-6Al-4V,Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo,Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Cr-4Mo(Ti-17),Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-
0.7Nb-0.5Mo-0.35Si等。在航(hang)天(tian)领(ling)域(yu),钛合(he)金锻件被用(yong)于(yu)火(huo)箭及卫(wei)星(xing)推进(jin)发动机(ji)的燃料箱(xiang)、姿控(kong)发动机(ji)外壳、液体燃料(liao)涡轮泵的(de)叶(ye)片(pian)和吸(xi)入泵的(de)入(ru)口(kou)段(duan)。这(zhe)些部位大(da)多(duo)使(shi)用低温韧(ren)性(xing)极(ji)佳的(de)低间(jian)隙元素型(xing)Ti-5Al-2.5SnELI合金。
(2)发(fa)电用汽轮机(ji)叶片
火力(li)发(fa)电的(de)蒸(zheng)汽(qi)轮机增加(jia)叶片长(zhang)度是提(ti)高(gao)发电(dian)效率(lv)的一(yi)个有(you)效(xiao)措施(shi),但(dan)叶片(pian)加(jia)长会(hui)增(zeng)大转(zhuan)子(zi)的(de)负(fu)荷。使(shi)用(yong)钛(tai)合(he)金锻件作叶片就可以(yi)减轻负荷(he),在高(gao)速旋转的(de)汽(qi)轮机末段(duan)使(shi)用(yong)1m长(zhang)的(de)Ti-6Al-4V合(he)金(jin)叶(ye)片,在(zai)1991年就已经实(shi)用(yong)化。
2、钛(tai)合金的锻(duan)造技(ji)术
在钛(tai)合(he)金(jin)的热(re)加工(gong)中,加(jia)热(re)温(wen)度(du)至关重(zhong)要。温度(du)越(yue)低(di)变(bian)形(xing)抗力(li)越(yue)大(da),且易产生(sheng)裂(lie)纹(wen)等缺陷。同时对(dui)变(bian)形(xing)速度也有很大(da)的依(yi)赖(lai)性(xing),这(zhe)些都(dou)是(shi)锻造中(zhong)应该(gai)特别注(zhu)意(yi)的(de)地方(fang)。钛(tai)合金(jin)精(jing)密(mi)热(re)模加(jia)工(gong)过程(cheng)中(zhong),使锻(duan)模的温(wen)度加(jia)热到(dao)与锻件相(xiang)当(dang)或(huo)更(geng)高,可(ke)以抑制(zhi)锻(duan)造中锻件温度(du)的降(jiang)低。由(you)于该(gai)方(fang)法变形(xing)能(neng)力(li)高(gao),用(yong)较少(shao)的(de)加热(re)次(ci)数(shu)就可(ke)以(yi)锻造(zao)出(chu)更(geng)薄壁的(de)精(jing)密(mi)锻(duan)件(jian)。但(dan)这种方(fang)法要(yao)使(shi)用(yong)价格(ge)昂(ang)贵(gui)的Ni基(ji)或(huo)Mo基高(gao)温合(he)金(jin),且生(sheng)产效(xiao)率(lv)较(jiao)低,所以(yi)在经济(ji)性上(shang)面临(lin)较大(da)问(wen)题(ti)。
(1)发动(dong)机盘件(jian)的(de)锻(duan)造技术(shu)
飞机(ji)发动(dong)机用盘(pan)件,要求高(gao)的(de)疲劳强度和断(duan)裂韧性(xing)。在(zai)700K左右(you)中(zhong)温区(qu)域(yu)使(shi)用Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo合金锻件(jian)。传统(tong)的加(jia)工(gong)方法(fa)是(shi)在α-β区(qu)锻造(zao),其组织为β相和(he)等(deng)轴(zhou)α晶粒(li)及细小的针状(zhuang)α两(liang)相(xiang)组(zu)织(zhi),断裂韧性(xing)值较(jiao)低(di)。为改(gai)善这(zhe)一点,开(kai)发了在(zai)β区加热的(de)β锻(duan)造(zao)法(fa)。β锻(duan)造法是在β相变温(wen)度(du)之上加(jia)热锻(duan)造(zao),会产生再结晶(jing),所(suo)以(yi)锻(duan)造温(wen)度和(he)加(jia)工(gong)变(bian)形(xing)对材(cai)料特(te)性有很大(da)影响(xiang),不允(yun)许锻造(zao)中进行(xing)再(zai)次(ci)加热(re)而(er)停止(zhi)变形(xing)。因此,β锻造(zao)中必须(xu)严(yan)格(ge)控制锻(duan)造温度(du)和变形(xing)量(liang)。对(dui)于Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo合金(jin),加工温(wen)度(du)在(zai)1073～1323K范(fan)围内,且(qie)要(yao)有足够的加工变形(xing)量。
其锻件(jian)组织(zhi)全(quan)部为(wei)针状(zhuang),断裂(lie)韧性(xing)值(zhi)由(you)原(yuan)先(xian)的30MPa·m1/2提(ti)高(gao)到(dao)50MPa·m1/2。
(2)涡轮机(ji)叶片(pian)锻造(zao)技(ji)术
涡(wo)轮(lun)机(ji)叶(ye)片(pian)很(hen)薄,在锻造(zao)过(guo)程(cheng)中温降很快(kuai),一(yi)般(ban)都用压下(xia)速(su)度(du)快且单次(ci)加(jia)工(gong)能(neng)量大(da)的(de)螺旋压(ya)力机(ji)进行(xing)锻造(zao)。锤锻时,因(yin)叶片形(xing)状扭(niu)转(zhuan)产生(sheng)打击(ji)横向(xiang)力,故(gu)模(mo)具要精(jing)确(que)设(she)计。现在正在(zai)开发有(you)效(xiao)利用上下打(da)击能(neng)量(liang)进行(xing)叶片表面成(cheng)形的(de)工艺,先(xian)进(jin)行(xing)平(ping)面(mian)锻(duan)造,再弯曲(qu)成形,最(zui)后(hou)再(zai)精(jing)锻成形(xing)。
(3)环(huan)件制造(zao)技(ji)术
发动(dong)机(ji)风(feng)扇外壳(ke)及(ji)压缩(suo)机(ji)壳(ke)等(deng)都使(shi)用了大型的Ti-6Al-4V合金(jin)轧(ya)制环件(jian)。
对(dui)于(yu)材料费(fei)用(yong)相(xiang)对较(jiao)高(gao)的(de)钛合金制品(pin),降低材料的(de)投(tou)入(ru)量(liang)对于(yu)降低(di)成本非常(chang)有(you)效,尤(you)其是(shi)近(jin)净成形(xing)技(ji)术(shu)更(geng)为有效(xiao)。以(yi)V2500发(fa)动机(ji)风(feng)扇外(wai)壳(ke)为例,与(yu)环(huan)件(jian)切(qie)削加工相(xiang)比(bi),近净(jing)形件(jian)的材(cai)料(liao)用量减(jian)少(shao)55%以(yi)上(shang)。
在(zai)厚(hou)环件加(jia)工时(shi),为(wei)避免(mian)产生裂纹(wen),要(yao)尽可能给予(yu)压(ya)应(ying)力,而(er)且(qie)要注意(yi)组织的(de)控制和(he)加工时环件的温降。
总之(zhi),钛(tai)合(he)金锻(duan)件的生产(chan),要(yao)在合(he)适(shi)的加(jia)工温(wen)度(du),适当变(bian)形(xing)才(cai)能(neng)获得高(gao)质量(liang)锻(duan)件(jian)。
相(xiang)关(guan)链接(jie)
