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鍛造工藝對鈦棒的組織及性能影響

棒鍛造用料主要是各種成分的純鈦和鈦合金,材料的原始狀態有鈦棒、鑄錠、金屬粉末和液態金屬。金屬在變形前的橫斷面積與變形后的橫斷面積之比稱為鍛造比。正確地選擇鍛造比、合理的加熱溫度及保溫時間、合理的始鍛溫度和終鍛溫度、合理的變形量及變形速度對提高產品質量、降低成本有很大關系。一般的中小型鍛件都用圓形或方形棒料作為坯料。棒料的晶粒組織和機械性能均勻、良好,形狀和尺寸準確,表面質量好,便于組織批量生產。只要合理控制加熱溫度和變形條件,不需要大的鍛造變形就能鍛出性能優良的鍛件。在飛機上,鈦合金主要用來制造大梁、起落架、槳轂和接頭等主要受力構件;在發動機上鈦合金主要用來制造轉接環、禍輪風扇、壓氣機盤和葉片等受力受熱零件。

鈦合金對鍛造工藝參數非常敏感,鍛造溫度、變形量、變形及冷卻速度的改變都會引起鈦合金組織性能的變化。為更好地控制鍛件的組織性能,近幾年,熱模鍛造、等溫鍛造等先進的鍛造技術在鈦合金的鍛造生產中得到了廣泛應用。采用常規鍛造工藝方法,一般來說,鈦合金可使鍛后構件獲得等軸組織,從而具有高的室溫型性和強度。為解決大型復雜的鈦棒精密鍛件的成形提供了可行的方法。這種方法已廣泛用于鈦棒生產。提高鈦棒流動性、降低變形抗力最有效的方法之一是提高模具的預熱溫度。國內外近二三十年以來發展起來的等溫模鍛、熱模模鍛。

如何提高鈦棒的生產的成品率,其中可以當采用閉式模鍛方法模鍛鈦棒,閉式模鍛必需嚴格限定原始毛坯的體積,這使備料工序復雜化。否采用閉式模鍛,要從利潤和工藝可行性兩方面考慮。隨后只進行熱處置和切削加工的最后毛坯。鍛造溫度和變形程度是決定合金組織、性能的基本因素。鈦棒的熱處理與鋼的熱處理不同,模鍛通常是用來制造外形和尺寸接近廢品。對合金的組織不起決定作用。因此,鈦棒最后工步的工藝規范具有特別重要的作用。必需使毛坯的整體變形量不低于30%變形溫度不逾越相變溫度,為了使鈦棒同時獲得較高的強度和塑性并且應力求溫度和變形程度在整個變形毛坯中盡可能分布均勻。

經再結晶熱處理后,鈦棒和性能均勻性不及鋼鍛件。金屬激烈流動區其低倍為模糊晶,高倍為等軸細晶;難變形區,因變形量小或無變形,其組織往往保管變形前的狀態。因此在模鍛一些重要的鈦棒零件(如壓氣機盤、葉片等)時,除了控制變形溫度在TB以下和適當的變形水平外,控制原毛坯的組織是十分重要的否則,粗晶組織或某些缺陷會遺傳到鍛件中,而且其后的熱處置又無法消除,將導致鍛件報廢。

熱效應局部集中的急劇變形區域內,錘上模鍛外形復雜的鈦棒鍛件時。即使嚴格控制加熱溫度,金屬的溫度可能還是會超過合金的TB例如模鍛橫截面為工字形的鈦棒毛坯時,錘擊過重,中間(腹板區)局部的溫度因變形熱效應的作用比邊緣局部高約100℃。另外,難變形區和具有臨界變形水平區域,模鍛之后加熱過程中易形成塑性和耐久強度都比較低的粗晶組織。所以錘上模鍛外形復雜的鍛件,其力學性能經常很不穩定。但將導致變形抗力急劇提高,降低模鍛加熱溫度雖然可以消除毛坯發生局部過熱的危險。增加工具磨損和動力消耗,還必需使用更大功率的設備。開式模鍛時,毛邊損耗占毛坯重量的15%-20%夾持部分的工藝性廢料(如果按模鍛條件必需留有此部分)占毛坯重量的10%毛邊金屬相對損耗通常是隨毛坯重量的減少而增加,某些結構不對稱、截面面積差較大以及存在難以充填的局部的鍛件,毛邊消耗可高達50%閉式模鍛雖無毛邊損耗,但制坯工藝復雜,需要添加較多過渡具型槽,無疑會增加輔助費用。

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