航空工業(yè)中鈦合金鍛造工藝分析及應用實例

隨著我國國民經濟、科學技術的大發(fā)展,航天、航空工業(yè)近年迎來了新的發(fā)展契機,尤其在國家“大飛機”項目立項后,民用航空制造產業(yè)將成為引領國民經濟發(fā)展的新的經濟增長點,有著廣闊的發(fā)展前景。民用航空制造企業(yè)為了不斷提高飛機的先進性、可靠性、適用性,增加國產飛機的國際市場競爭力,對航空制造材料的選擇要求越來越高;鈦合金的主要特點是比重小,強度高,同時具有良好的耐熱、耐腐蝕性能,成為現代飛機受力構件的主選材料,大大減輕了飛機重量,其中TC4和TB6鈦合金鍛件在航空制造中應用較多。

1、鈦合金及鍛造工藝的分類

根據室溫顯微組織,鈦合金可分為三種類型:α型合金、α+β型合金和β型合金,其中α和α+β型合金的熱塑性與變形速度關系不大,而β型合金有良好的可鍛性但溫度過低可能引起α相沉淀。鈦合金的鍛造工藝按鍛造溫度與β轉變溫度的關系,分為常規(guī)鍛造與高溫鍛造。

1.1 鈦合金的常規(guī)鍛造

常用變形鈦合金通常都是在β轉變溫度以下鍛造的,稱為常規(guī)鍛造。根據坯料在(α+β)相區(qū)加熱溫度的高低,可細分為上兩相區(qū)鍛造與下兩相區(qū)鍛造。

1.1.1 下兩相區(qū)鍛造

下兩相區(qū)鍛造一般是在β轉變溫度以下40～50℃加熱鍛造,此時初生α相和β相同時參與變形。變形溫度愈低,參與變形的α相數量愈多。與β區(qū)變形相比,在下兩相區(qū)域β相的再結晶過程急劇加快,再結晶形成的新的β晶粒不僅沿變形的原始β晶界上析出,而且在β晶界內和α片層間的β中間層內出現。經這種工藝生產的鍛件強度很高,塑性較好,但其斷裂韌性與蠕變性能還有很大潛力。

1.1.2 上兩相區(qū)鍛造

它是在β/(α+β)相變點以下10-15℃的溫度下始鍛。其變形后的組織含有較多的β轉變組織,可提高組織的蠕變性能和斷裂韌性;使鈦合金塑性、強度、韌性兼得。

1.2 鈦合金的高溫鍛造

也稱為“β鍛”,分為兩種:第1種是坯料在β區(qū)加熱,在β區(qū)開始并完成鍛造的工藝方法;第二種是坯料在β區(qū)加熱,在β區(qū)開始鍛造,并控制很大變形量在兩相區(qū)完成鍛造的工藝方法,簡稱為“亞β鍛”。與兩相區(qū)鍛造相比,β鍛造能得到較高的蠕變強度和斷裂韌性,還有利于鈦合金周疲勞性能的提高。

1.3 鈦合金的等溫模鍛

該種工藝利用了材料的超塑性及蠕變機理來生產較復雜鍛件,要求模具預熱并保持在760～980℃的范圍內;液壓機以預定的值施加壓力,壓力機的工作速度由毛坯的變形抗力自動調節(jié)。由于模具改為加熱的,不需要采用那么快的活動橫梁去避免急冷。飛機上用的許多鍛件都具有薄壁和肋高的特征,故在航空制造中該種工藝得到了應用,如國產某型機的TB6鈦合金等溫精模鍛件工藝。