安徽钛合金锻造缺陷与生产制造流程

2019-11-12 11:18:55
安徽钛合金锻造

  钛合金因为比强度高、中温性能好、耐腐蚀、焊接性能好等特点,被广泛地应用在飞机和飞机发动机的重要承载部件中,是一种重要的金属结构材料。据统计,国外飞机上采用钛合金的重量比已经达到30%左右,可见钛合金在航空工业上的应用有着广阔的前途。但是钛合金也存在一些缺点,例如变形抗力大、导热性差、缺口敏感性较大(1.5左右)、显微组织的变化对机械性能影响较显著等,从而导致在冶炼、锻造加工和热处理时的复杂性,易出现缺陷钛合金锻件。那么接下来我们就来详细了解一下关于钛合金锻造缺陷与生产制造流程。

  【安徽钛合金锻造缺陷】

  1. 偏析型[i]缺陷

  除了β偏析、β斑、富钛偏析及条状α偏析外,最危险的是间隙型α稳定偏析(I型α偏析),其周围常伴有细小的孔洞、裂纹,含有氧、氮等气体,脆性较大。还有富铝型α稳定偏析(II型α偏析),也因伴有裂纹并有脆性而构成危险性缺陷,也会降低合金的热稳定性等性能。

  2. 夹杂物

  胚料表面有夹杂物,锻造时往往沿夹杂物形成裂纹,或者是在锻件腐蚀后有明显的异物出现,多是高熔点、高密度的金属夹杂物。由钛合金成分中高熔点、高密度元素未充分熔化留在基体中形成(例如钼夹杂),也有混在冶炼原材料(特别是回收材料)中的硬质合金刀具崩屑或不适当的电极焊接工艺(钛合金的冶炼一般采用真空自耗电极重熔法[ii]),例如钨极电弧焊[iii]留下的高密度夹杂物,如钨夹杂,此外还有钛化物夹杂等,此类带有夹杂物的钛合金锻件是不允许投入使用的。

  3. 孔洞

  孔洞不一定单个存在,也可能呈多个密集存在,会使低周疲劳裂纹扩展速度加快,造成提前疲劳破坏。

  4. 裂纹

  主要指锻造裂纹,钛合金的粘性大,流动性差,加上导热性不好,因而在锻造变形过程中,由于表面摩擦力大,内部变形不均匀性明显以及内外温差大等,容易在锻件内部产生剪切带(应变线),严重时沿变形应力方向产生开裂。

  5. 过热

  钛合金的导热性较差,在热加工过程中除了加热不当造成锻件或原材料过热外,在锻造过程中还容易因为变形时的热效应造成过热,引起显微组织变化,产生过热魏氏组织[iv]。

  为了确保钛合金锻件的质量,除了严格控制原材料质量外,还应该重视锻件的毛坯及半成品的超声探伤,防止在后续加热加工过程中出现的一些变形和物理特性会发生改变的缺陷。

  参考文献:

  [1]张银东, 付肃真, 盖秀颖. 钛合金环形锻件掉块原因分析[J]. 首届航空物理冶金学术研讨会论文集, 2011.

  [2]陈诗荪, 王承屏. 钛合金锻件的典型缺陷[J]. 稀有金属材料与工程, 1982(3).

  注释:

  i 合金中各组成元素在结晶时分布不均匀的现象称为偏析。焊接熔池一次结晶过程中,由于冷却速度快,已凝固的焊缝金属中化学成分来不及扩散,造成分布不均,产生偏析。

  ii 真空自耗冶炼是指真空下,被熔材料作为一电极,水冷铜增埚为另一电极,在两极间引弧,被熔材料被电弧高温熔化而滴入增埚中,逐步熔化,逐步冷凝成锭子的冶炼方法。

  iii 钨极氩弧焊时常被称为TIG焊,是一种在非消耗性电极和工作物之间产生热量的电弧焊接方式。

  iv 是在奥氏体晶粒较粗大,冷却速度适宜时,钢中的先共析相以针片状形态与片状珠光体混合存在的复相组织,魏氏组织不仅晶粒粗大,而且由于大量铁素体针片形成的脆弱面,使金属的的柔韧性急速下降,这是不易淬火钢焊接接头变脆的一个主要原因。

  【安徽钛合金锻造生产制造流程】

  1.钛的冶炼提取技术。钠还原法和镁还原法是生产海绵钛的主要方法,另外有美国的改进型克劳尔法、阿姆斯特朗法、SRI法等,还有导电体介入还原法、Hunter法、Armstrong法等。

  2.钛合金熔炼技术。发展了冷床炉熔炼技术,包括电子束冷床炉和等离子冷床炉技术。目前,冷床炉熔炼已达到商业化水平,可熔炼重达25吨的铸锭。能生产无偏析、无夹杂的优质钛及钛合金铸锭,满足航空转动部件对高性能钛材的需求;能生产扁锭、空心锭,简化板材和大管材的后续加工,并可大量回收残钛,但存在成本高、操作复杂等问题。电子束和等离子冷床熔炼工艺在美国、日本等工业发达国家得到了快速发展,电子束已成功应用于纯钛和TC4合金的熔炼,等离子束是熔炼复杂成分钛合金的手段。俄罗斯发展了一种类似于冷床炉的熔炼技术,即“凝壳—自耗电极熔炼”。此外,冷坩埚熔炼技术近来也有较大发展,与离心浇铸工艺结合用于钛铸件精密铸造,目前正在制造第二代冷坩埚熔炼炉。第二代冷坩埚炉可大大提高熔化能力,缩短熔炼时间,实现完全悬浮熔炼,消除金属凝壳。我国已将研究感应凝壳熔炼技术列入重点研究项目,在钛合金的熔炼技术方面也取得了很大的发展。2008年,我国共生产钛锭3.4万吨,钛加工材2.4万吨;净出口海绵钛4450吨;净出口钛加工材4083吨,成为海绵钛和钛加工材的净出口国。

  3.精密铸造技术。失蜡法铸造现称熔模精密铸造,是一种少切削或无切削的铸造工艺,应用广泛,适用于各种类型、各种合金的铸造,生产出的铸件尺寸精度、表面质量比其他铸造方法要高,复杂、耐高温、不易加工的铸件均可用熔模精密铸造。近年来,钛的铸造技术主要发展了冷坩埚+离子浇铸技术、真空吸铸技术和真空压铸技术。钛合金熔模精密铸造典型工艺有石墨熔模型壳,金属钨面层陶瓷型壳,氧化物陶瓷型壳。钛合金材料生产成本高,机械加工、锻造、焊接等比较困难,采用精密铸造技术,可以提高钛合金材料的利用率,降低生产成本。通常金属铸件的力学性能低于锻件性能,但钛精密铸件的使用性能大体与钛锻件相近,精密铸造成为降低成本、优化性能的选择。凝壳炉的应用和熔模精密铸造与金属造型、陶瓷造型工艺的发展为许多大型复杂的薄壁钛铸件缩短生产时间、降低成本展现了一定的空间。目前,高性能的钛合金大型整体精铸件,大多数都是采用金属面层陶瓷型壳或氧化物面层陶瓷型壳浇注的。大型薄壁精密铸造技术使钛铸件性能接近钛锻件,而成本较钛锻件降低约50%。

  4.钛合金等温锻造技术。钛合金等温锻造技术是一项新工艺,结合热机械处理能获得综合力学性能化的钛合金等温锻件,但在模具材料、模具制造和模具加热装置等方面的成本投入比常规锻造方法高,大多用于制造飞机的零部件。

  5.钛合金的热处理。对钛合金进行固溶淬火和时效强化处理,能获优异工艺性能和使用性能,达到提高产品质量、延长使用寿命、提高经济效益的目的。目前,各国纷纷寻求新的热处理方法,以满足钛合金工程提出的新要求。英国伯明翰大学研制开发了一种陶瓷相转变处理技术—CCT技术,通过热处理,在γ—TiA1合金表面形成氧化铝和二氧化钛的陶瓷相复合层。用该技术制造的γ—TiA1合金发动机阀,可将剪切抗力提高100倍。利用该技术,可以在TiNi形状记忆合金表面形成TiO2陶瓷相复合层。特种热处理工艺是国防工业系统关键制造技术之一。美国为加速其航天飞机的发展,由5家公司组成联合体共同开发针对5种新材料的成形及热处理工艺,即高温Ti-Al化合物,C/C及陶瓷基复合材料,高蠕变强度材料及高导热材料。

  6.钛合金焊接技术。大多数钛合金可以使用氧乙炔焊的方法进行焊接,所有的钛合金均可使用固态焊接法进行焊接(如TIG、MIG、等离子弧焊、激光焊、电子束焊和电阻焊等)。从近几年国内外对钛及钛合金焊接方法的研究和焊接效果来看,TIG焊和激光焊的焊接质量最好。激光焊接技术具有功率密度高、热影响区小、焊件残余应力和变形小、焊接速度高、可焊接难焊材料 (陶瓷、有机玻璃)等优点,有很好的应用前景。钛及钛合金焊接技术的发展方向是便于操作、焊接过程自动化、智能化,从而提高焊接生产率、焊接质量稳定性以及节约能源,有利于环境保护等。

  【安徽钛合金锻造厂家】

  南京晶百鑫机械设备有限公司是一家主营机械加工、锻造的公司,公司位于南京市六合区,目前主要业务范围:黑色金属锻造,有色金属锻造,钛合金锻造,镁合金锻造,各种材料的氮化,热处理,各种材料的真空热处理,各种材料的机加。经过多年发展,现公司设备先进,拥有3000吨、5000吨等温锻压油压机,具备各类铝合金材料等温精密模锻生产能力,精密模锻件加工可达200公斤以上;大型机加设备可以对5吨以下的大型锻件及零件进行加工。公司同时还具有专业的技术服务团队与良好的产品服务售后体系保障产品的质量,让客户放心、安心!

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