Анализ процесса подделки титанового сплава в авиационной промышленности

Благодаря быстрому развитию китайской национальной экономики и науки и техники, аэрокосмическая промышленность увидела новые возможности в последние годы, особенно после создания национального проекта «крупные самолеты». Производство гражданской авиации станет новым драйвером экономического роста, возглавляющего развитие национальной экономики с широкими перспективами развития. Чтобы постоянно улучшать прогресс, надежность и применимость самолетов и повысить конкурентоспособность международного рынка самолетов, производимых самолетов, требования к выбору аэрокосмических материалов становятся все более строгими. Титановые сплавы стали основным материалом для современных структурных компонентов самолетов из -за их низкой плотности, высокой прочности и превосходной тепловой и коррозионной стойкости. Среди них расставания сплавов TC4 (TI-6AL-4V) и титанового сплава TB6 широко используются в аэрокосмическом производстве.

Классификация титановых сплавов и методов ковки
Основываясь на микроструктуре комнатной температуры, титановые сплавы могут быть классифицированы на три типа: α сплавы, α+β -сплавы и β -сплавы. Горячая пластичность и скорость деформации α и α+β -сплавов не влияют значительно, в то время как β -сплавы обладают хорошей сдвижностью, но могут вызывать осаждение α фазы при низких температурах. Методы ковки титановых сплавов могут быть классифицированы на обычную ковю и высокотемпературную ковюлю, основываясь на взаимосвязи между температурой ковки и температурой трансформации β.

2.1 Традиционная ковка титановых сплавов

Обычно используемые деформируемые титановые сплавы обычно подковынуты ниже температуры β -трансформации, известной как обычная ковка. Согласно температуре нагрева заготовки в фазовой области (α+β), он может быть дополнительно разделен на ковкость в верхней двухфазной области и более низкую двухфазную кожу.

2.1.1 Нижняя двухфазная ковка области

Более низкая двухфазная ковация обычно проводится на 40-50 ° C ниже температуры трансформации β, где первичные α и β-фазы участвуют в деформации одновременно. Более низкие температуры деформации приводят к большему количеству α -фазы, участвующей в деформации. По сравнению с деформацией в β-области процесс перекристаллизации β-фазы значительно ускоряется в нижней двухфазной области, что приводит к образованию новых β-зерен не только на исходных границах β-зерен, но и в пределах β-интернет-интернет-сосуда между α-ламеллами. Производители, произведенные с использованием этого процесса, демонстрируют высокую прочность и хорошую пластичность, но все еще существует потенциал для повышения выносливости перелома и производительности ползучести.

2.1.2 Верхняя двухфазная ковка в области области

Этот метод включает в себя начальную кожу, температуру 10-15 ° C ниже точки фазового преобразования β/(α+β). Полученная микроструктура содержит более высокую долю структуры β -трансформации, которая повышает сопротивление ползучести и прочность на переломах титанового сплава, что вызывает баланс между пластичностью, силой и прочности.

2.2 Высокотемпературная ковка титановых сплавов

Также известный как «β-ковкость», это можно разделить на два типа: первый тип включает нагрев заготовки в β-область, запуска и завершение процесса ковки в β-области, в то время как второй тип, известный как «под β-ковкость», включает нагрев завора в β-область, инициируя кощу в β-регионе и контролирующую значительную деформационную региона. По сравнению с двухфазной ковкой, β-ковкостью может достичь более высокой прочности ползучести, вязкости переломов и улучшения усталостной эффективности титановых сплавов.

2.3 Изотермическая ковация титановых сплавов

Этот метод использует механизмы сверхпластичности и ползучести материала для создания сложных центров. Это требует предварительного нагрева матрицы и поддержания его в диапазоне 760-980 ° C, при этом гидравлическая пресса применяет заранее определенное давление, а рабочая скорость прессы автоматически регулируется на основе сопротивления деформации заготовки. Многие расколы, используемые в самолетах, имеют тонкие стены и высокие ребра, что делает эту технику подходящей для аэрокосмического производства, такого как изотермическая точность, процесс ковения для жилищного самолета TB6 титанового сплава.

Анализ дефектов для формирования TC4 и улучшения процесса
3.1 Возникновение и анализ дефектов ковена TC4

Когда определенная фабрика провела TC4, создавая пробное производство в соответствии с авиационным стандартом, было обнаружено, что несколько показателей производительности расколов не имеют квалификации, в частности, индикатор «перелом стресса выхода» составляет менее 5 часов. Чтобы решить эту проблему, анализ начался с металлографической структуры TC4, а затем исследовал причины в процессе ковки.

3.1.1 Металлографические характеристики TC4

Титановый сплав TC4-это α+β-титановый сплав с композицией TI-6AL-4V. Его отожженная микроструктура состоит из α+β-фаз, содержащих 6% алюминия в качестве α-стабилизирующего элемента, а β-фаза укрепляется с помощью твердого укрепления раствора, что приводит к небольшому количеству β-фазы в отожженной структуре, приблизительно 7-10%.

Доля, свойства и формы основных фаз α и β в сплаве TC4 значительно различаются при различных термических и горячих условиях труда. Температура трансформации β сплава TC4 составляет около 1000 ° C. Нагревание TC4 до 950 ° C, а затем воздухоориентирование приводит к первичной структуре трансформации α+β. Нагрев его до 1100 ° C, а затем воздушное охлаждение приводит к грубой полностью трансформированной β-фазовой структуре, известной как структура Widmanstätten. Одновременное нагрев и деформация имеют более выраженный эффект; Если TC4 нагревается выше температуры β -трансформации, но подвергается небольшой деформации, он образует видманшттен. В этом процессе пластичность и вязкость уменьшаются, но сопротивление ползучести улучшается. Если начальная температура деформации выше температуры трансформации β, но с достаточной деформацией, она образует структуру сетки. В этом случае α-фаза, очерченная границами β-зерна, разрушена, и пластинчатая α-фаза искажается, напоминающая эквиасиатированную мелкозернистую структуру с лучшей пластичностью, вязкостью ударов и высокотемпературными характеристиками ползучести. Если температура нагрева ниже температуры β -трансформации, а деформация достаточна, это приводит к эквиационной структуре, демонстрируя общие хорошие свойства, особенно высокую пластичность и ударную вязкость. Если деформация сопровождается высокотемпературным отжигом в области α+β-фазы, получается смешанная структура с хорошими комплексными свойствами.

Основываясь на вышеуказанном анализе металлографических структур, можно сделать вывод, что снижение производительности в TC4 может быть вызвано двумя факторами в процессе ковки:

Температура нагрева слишком высока, достигая или превышающей температуру β -трансформации.
Деформационная степень ковки недостаточна.
3.1.2 Анализ процесса подготовки TC4

Температура кодения влияет на размер β -зерна и свойства комнатной температуры α+β -титановых сплавов. Когда температура увеличивается выше температуры β-трансформации, размер β-зерна увеличивается, в то время как удручение удлинения и поперечного усадки уменьшается, что приводит к снижению пластичности. Для обеспечения того, чтобы кожи TC4 обладали хорошими комплексными свойствами, ковкость должна проводиться ниже температуры β -трансформации. Титановые сплавы имеют высокую деформационную стойкость, но плохая теплопроводность. Во время ковки тяжелый поток и тяжелое задувание могут вызвать локализованное перегрев и перекристаллизацию, что приводит к ущербному зернам и снижению производительности. Из вышеуказанного анализа возможные причины для несущественной производительности подготовки TC4 могут быть предварительно определены следующим образом:

Температура нагрева партии заготовки слишком высока, превышая точку трансформации β.
Единственное воздействие на кожух слишком тяжело, вызывая чрезмерную деформацию и приводит к местному перегревам и повторению