Prestasi penempaan titanium GR5 di bawah penekan hidraulik dan proses penempaan tukul tempa

Mukadimah

Aloi titanium GR5 mempunyai sifat komprehensif yang baik dan boleh digunakan dalam aeroangkasa, petrokimia, kejuruteraan marin, pengangkutan dan bidang lain. Dengan perkembangan pesat industri aeroangkasa China, permintaan untuk penempaan aloi titanium GR5 juga meningkat. Oleh itu, Penyelidikan mengenai penempaan aloi titanium GR5 adalah sangat penting.

Penempaan ialah teknologi pemprosesan khas yang boleh meningkatkan kekuatan dan kekerasan bahan logam dengan ketara. Ia mempunyai kelebihan kecekapan pengeluaran yang tinggi, kos pengeluaran yang rendah, dan kualiti produk yang baik. Dengan perkembangan dan kemajuan teknologi penempaan, teknologi penempaan juga sentiasa berkembang. dan kesempurnaan.

Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, penempaan aloi titanium telah digunakan secara meluas dalam bidang aeroangkasa, dan keperluan prestasi mereka menjadi semakin tinggi. Cara menyediakan penempaan aloi titanium GR5 berkualiti tinggi dan berprestasi tinggi telah menjadi masalah mendesak dalam bidang aeroangkasa.

Proses pengeluaran penempaan aloi titanium

Aloi titanium adalah bahan logam dengan sifat komprehensif yang sangat baik. Oleh kerana ketumpatannya yang rendah, kekuatan khusus yang tinggi, dan rintangan kakisan yang baik, ia digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, kejuruteraan marin dan bidang lain. Pada masa ini, proses pembuatan aloi titanium terutamanya termasuk penempaan dan tuangan, yang mana penempaan dibahagikan kepada penempaan sejuk dan penempaan panas.

Penempaan sejuk menggunakan tukul penempaan untuk memukul penempaan aloi titanium secara menegak pada suhu bilik, menyebabkan logam mengalir dengan perlahan dan sama rata sepanjang penempaan, supaya membentuk struktur mikro yang seragam di dalam penempaan. Kelebihan penempaan sejuk adalah peralatan mudah, julat suhu penempaan yang luas, sesuai untuk pengeluaran besar-besaran dan kos pengeluaran yang rendah; kelemahan adalah proses penempaan yang kompleks, rintangan ubah bentuk yang tinggi dan masa penempaan yang lama.

 

Penempaan panas merujuk kepada pembentukan sejumlah besar struktur mikro dan kecacatan struktur, seperti martensit, ferit, dll., di dalam penempaan melalui penyemperitan panas, penempaan isoterma, penormalan isoterma dan proses lain. Kelebihan penempaan panas adalah peralatan mudah dan keupayaan untuk menahan daya ubah bentuk dan suhu ubah bentuk yang besar; kelemahannya ialah kitaran pengeluaran yang panjang dan kecekapan pengeluaran yang rendah.

Semasa proses penempaan aloi titanium GR5, kerana pekali pengembangan habanya sendiri berbeza daripada bahan logam tradisional, ia mempunyai julat suhu penempaan yang luas dan sifat pemprosesan panas yang baik.

Oleh itu, penempaan aloi titanium GR5 biasanya dihasilkan melalui penempaan. Untuk memastikan kualiti penempaan aloi titanium GR5, ia biasanya dipanaskan kepada julat suhu proses sebelum ditempa menggunakan penekan.

Untuk penempaan panas aloi titanium, pada masa ini terdapat dua kaedah utama: satu ialah meletakkan kepingan palsu ke dalam relau pemanasan dan memanaskannya ke suhu proses sebelum menempa; yang lain adalah untuk menempa panas aloi titanium melalui penempaan mati panas. Antaranya, penempaan die panas merujuk kepada kaedah di mana aloi titanium yang telah dipanaskan pada suhu proses diletakkan ke dalam acuan dan dibentuk melalui acuan.

Kelebihan penempaan cetakan panas adalah rintangan ubah bentuk kecil dan ubah bentuk seragam, yang boleh mengurangkan kecacatan dalaman penempaan dan meningkatkan kualiti dan prestasi penempaan; kelemahannya ialah ia memerlukan ketepatan dimensi tinggi dan ketepatan bentuk tempaan.

Terdapat tiga kaedah utama penempaan mati panas aloi titanium: satu ialah penempaan berterusan, yang menggunakan jentera untuk terus menempa penempaan, yang juga merupakan kaedah yang paling banyak digunakan pada masa ini; yang satu lagi ialah penempaan separa berterusan, yang bermaksud bahawa penempaan berputar dalam acuan, tetapi mereka tidak boleh Penempaan berterusan dilakukan; yang ketiga ialah penempaan percuma, iaitu, tiada putaran dilakukan semasa proses penempaan, tetapi penempaan boleh dibengkokkan.

Pemerhatian dan Analisis Organisasi

Memerhatikan struktur metalografi penempaan aloi titanium GR5, dapat dilihat bahawa struktur kasar selepas penempaan adalah martensit kolumnar hampir bulat + sejumlah kecil austenit tertahan, manakala struktur penempaan adalah martensit kolumnar hampir bulat + jumlah kecil. daripada austenit yang tertahan. Terdapat perbezaan yang jelas antara kedua-dua badan, dan kosong mempunyai pengecutan sisi yang besar selepas penempaan, mengakibatkan perbezaan dalam saiz sisi penempaan.

Semasa proses penempaan, disebabkan oleh suhu tinggi penekan hidraulik, aloi suhu tinggi dipanaskan dengan cepat hingga melebihi 1000 darjah, yang mengakibatkan kelajuan pemanasan penempaan yang berlebihan, pelindapkejutan yang tidak mencukupi dan pengoksidaan permukaan.

Pada masa yang sama, suhu penempaan yang berlebihan juga membawa kepada ubah bentuk yang berlebihan semasa proses penempaan mesin hidraulik, dan pengoksidaan dan penyahkarbonan berlaku semasa pemanasan berikutnya. Kedua-dua sebab ini membawa kepada perbezaan besar dalam dimensi sisi tempaan.

Analisis struktur mikro penempaan menunjukkan bahawa kadar penyejukan semasa proses penempaan adalah agak besar, manakala kadar penyejukan kosong selepas penempaan mesin hidraulik adalah agak kecil. Kenaikan suhu yang berlebihan semasa proses penempaan mengakibatkan perbezaan besar dalam dimensi melintang penempaan. Pada masa yang sama, semasa proses penempaan, bijirin penempaan juga berkembang ke tahap yang berbeza-beza.

Disebabkan oleh kadar penyejukan pesat kosong selepas penempaan, saiz butiran penempaan adalah sangat berbeza. Saiz butiran penempaan semasa proses penempaan adalah jauh lebih besar daripada saiz butiran kosong selepas ditempa oleh mesin hidraulik; struktur mikro yang dihasilkan semasa proses penempaan adalah hampir bulat dan kolumnar. Martensit + sejumlah kecil austenit tertahan; semasa proses penempaan, butiran penempaan adalah kasar dan tidak sekata.

Oleh kerana suhu penempaan yang tinggi, aloi titanium GR5 mempunyai kekuatan dan kekerasan yang tinggi pada suhu bilik, manakala suhu penempaan terlalu rendah, mengakibatkan keupayaan ubah bentuk plastik yang tidak mencukupi, pelindapkejutan dan pengoksidaan yang tidak mencukupi.

Di samping itu, disebabkan oleh suhu pemanasan tinggi penekan hidraulik, pengoksidaan berlaku semasa penempaan, dan skala oksida muncul pada permukaan kosong palsu akhir.

Percubaan sifat tegangan

Sifat tegangan suhu bilik aloi titanium GR5 dipengaruhi oleh banyak faktor, termasuk komposisi aloi, saiz butiran, kadar terikan, tahap ubah bentuk, dsb.

Pertama sekali, diameter penempaan biasanya lebih kecil daripada bar canai panas. Suhu ubah bentuk adalah lebih rendah semasa pemanasan penempaan, dan sukar untuk mengawal tahap ubah bentuk semasa proses ubah bentuk. Oleh itu, sifat tegangan penempaan sangat dipengaruhi oleh bahan asas dan proses penempaan. Di bawah keadaan yang sama, sifat tegangan aloi titanium GR5 yang ditempa oleh penekan hidraulik adalah lebih baik daripada yang ditempa dengan tukul tempa, tetapi terdapat masalah utama semasa penempaan tukul tempa - ubah bentuk mampatan panas.

Oleh kerana terdapat tahap pemanasan dan penyejukan tertentu semasa proses penempaan penekan hidraulik, suhu ubah bentuk dan kadar ubah bentuk boleh dikawal dengan lebih baik semasa rawatan haba, dengan itu memastikan keplastikan yang lebih tinggi. Disebabkan oleh suhu pemanasan yang lebih rendah dan kadar penyejukan yang lebih cepat semasa penempaan tukul penempaan, keplastikan penempaan tidak sebaik penempaan tekan hidraulik.

Di bawah keadaan yang sama, penempaan boleh meningkatkan sifat tegangan aloi titanium GR5 dengan ketara lebih daripada penempaan tukul. Untuk penempaan aloi titanium GR5 dengan spesifikasi yang sama, sifat tegangan penempaan tekan hidraulik adalah lebih baik daripada penempaan tukul penempaan; dalam keadaan yang sama, penempaan tukul tempa boleh meningkatkan sifat tegangan aloi titanium GR5 dengan ketara daripada penempaan tekan hidraulik.

Apabila kekuatan hasil adalah sama, sifat tegangan pasca penempaan aloi titanium GR5 yang ditempa oleh penekan hidraulik adalah lebih baik daripada aloi titanium GR5 yang ditempa dengan tukul tempa. Ini kerana penempaan tekan hidraulik mempunyai tegasan sisa dalaman yang kecil disebabkan oleh faktor seperti ubah bentuk kecil, suhu ubah bentuk yang rendah, dan kadar ubah bentuk yang perlahan; dan sifat tegangan aloi titanium GR5 yang ditempa dengan penempaan tukul selepas penempaan adalah lebih baik daripada yang selepas ditempa dengan penekan hidraulik.

Ini kerana apabila menempa dengan tukul tempa, tegasan sisa yang besar dijana semasa proses penempaan dan penukul, yang menyebabkan tegasan tegangan yang besar di dalam bahan, mengakibatkan ubah bentuk plastik besar bahan; manakala apabila menempa dengan penekan hidraulik, semasa proses penempaan Logam berada dalam keadaan mengalir bebas dan tiada tegasan baki di dalam bahan, dengan itu memastikan tahap ubah bentuk plastik bahan.

Analisis keputusan prestasi ujian mekanikal

Nilai kekuatan dan pemanjangan sampel aloi titanium GR5 selepas ditempa dengan penekan hidraulik adalah lebih besar daripada selepas ditempa dengan tukul tempa. Ini kerana sejumlah besar unsur kekotoran dihasilkan di dalam penempaan semasa proses penempaan, dan kehadiran unsur kekotoran ini menyebabkan aloi titanium GR5 mengalami ubah bentuk. Penghabluran semula yang teruk.

Semasa proses rolling, disebabkan oleh tekanan rolling yang besar, fenomena kepekatan tegasan adalah jelas. Beberapa unsur kekotoran diekstrusi ke bahagian dalam aloi titanium GR5 dan membentuk fasa kaya Ti yang kasar pada sempadan butiran, yang menyebabkan sejumlah besar tenaga dihasilkan di dalam penempaan. Kehelan dan kekosongan menyediakan syarat untuk ubah bentuk selanjutnya aloi titanium GR5.

Nilai kekuatan sampel aloi titanium GR5 selepas ditempa dengan tukul penempaan adalah lebih rendah daripada sampel selepas ditempa dengan penekan hidraulik. Ini kerana sebilangan besar kehelan dan kekosongan terbentuk di dalam penempaan semasa proses penempaan tukul penempaan, dan zarah-zarah kecil terbentuk pada sempadan bijian. Fasa kaya Ti menyebabkan penghabluran semula aloi titanium GR5 yang jelas.

Ia boleh dilihat bahawa ciri-ciri patah sampel aloi titanium GR5 selepas ditempa dengan tukul penempaan adalah: terutamanya patah mulur, ditambah dengan patah rapuh tempatan.

Ini disebabkan oleh tekanan tempaan yang tinggi semasa proses penempaan tukul tempa, yang menyebabkan beberapa unsur kekotoran membentuk fasa kaya Ti yang kasar pada sempadan bijian. Pada masa yang sama, sejumlah besar kehelan dan kekosongan dijana semasa proses penempaan tukul penempaan, menyebabkan perubahan jelas dalam aloi titanium GR5. fenomena penghabluran semula.

Disebabkan oleh suhu penempaan yang rendah dan kelajuan penempaan yang cepat semasa penempaan tukul penempaan, sejumlah besar sumber retak, liang dan elemen rosak lain dihasilkan di dalam bahan, mengakibatkan penghabluran semula aloi titanium GR5 yang jelas.

Prospek permohonan dan hala tuju pembangunan

Aloi titanium GR5 digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, peralatan perubatan, pengangkutan dan bidang lain kerana sifat komprehensifnya yang sangat baik. Terutamanya dalam bidang aeroangkasa, aloi titanium GR5 telah menjadi bahan utama.

Aloi titanium GR5 mempunyai kelebihan ketumpatan rendah, kekuatan spesifik tinggi dan kekakuan khusus, rintangan suhu tinggi, dan rintangan kakisan. Ia digunakan secara meluas dalam pembuatan bahagian struktur utama seperti rotor pesawat, ekor, rangka tetulang fiuslaj, dan tangki bahan api utama dan tambahan.

Oleh kerana aloi titanium GR5 mempunyai kekuatan dan keplastikan yang lebih besar pada suhu bilik, rawatan larutan diperlukan semasa penempaan untuk memperbaiki sifatnya. Walau bagaimanapun, struktur aloi titanium GR5 akan diagihkan secara tidak sekata semasa proses penempaan, dan fasa kasar akan terbentuk semasa proses penyejukan, mengakibatkan pengurangan sifat mekanikal aloi.

Untuk menambah baik struktur penempaan aloi titanium GR5, pada masa ini terdapat dua kaedah yang biasa digunakan: satu ialah melakukan rawatan penyelesaian pepejal sebelum penempaan, seperti penempaan mati panas tekan hidraulik; satu lagi ialah melakukan rawatan larutan pepejal semasa proses penempaan, seperti penempaan tukul tempa.

Dalam pengeluaran sebenar, disebabkan oleh peralatan proses penempaan tukul penempaan yang kompleks, operasi yang sukar dan kos pengeluaran yang tinggi, penempaan die panas tekan hidraulik kini merupakan proses yang lebih biasa digunakan.

Berbanding dengan penempaan cetakan panas tekan hidraulik, kualiti permukaan penempaan tukul penempaan telah dipertingkatkan dengan banyak, bijirinnya lebih halus dan lebih seragam, dan acuan penempaan acuan berdiameter besar boleh digunakan untuk pengeluaran. Walau bagaimanapun, kecekapan pengeluaran penempaan tukul tempa adalah rendah dan kos pengeluarannya tinggi. Ia belum menggantikan sepenuhnya proses penempaan die panas tekan hidraulik.

Pada masa hadapan, dengan perkembangan teknologi penempaan tukul tempa dan penyelidikan mengenai teknologi dan peralatan penempaan, boleh diramalkan bahawa kecekapan pengeluaran dan kualiti penempaan tukul tempa akan bertambah baik.

Dalam pengeluaran sebenar, memandangkan sejumlah besar haba, daya dan beban hentaman akan dijana semasa proses penempaan, adalah perlu untuk mengkaji pengaruh penempaan isoterma pada struktur, sifat mekanikal dan hayat mekanikal penempaan melalui eksperimen simulasi haba, dan mendapatkan parameter proses yang sesuai untuk memastikan kualiti penempaan.

Oleh kerana kecekapan pengeluaran yang tinggi dan keperluan peralatan rendah proses penempaan tukul penempaan, pada masa hadapan kita boleh cuba menggunakan penempaan tukul penempaan untuk menghasilkan bahagian struktur utama dalam aeroangkasa dan bidang lain, seperti ekor pesawat, tangki bahan api utama dan tambahan, rangka tetulang fiuslaj dan bahagian struktur utama yang lain. Bagi sesetengah penempaan besar dalam bidang awam umum, kerana saiznya yang besar, sukar untuk menghasilkannya menggunakan proses penempaan tukul tempa.

Pendapat penulis

Dengan perkembangan industri aeroangkasa negara saya, keperluan kualiti untuk penempaan aloi titanium semakin tinggi, dan proses penempaan juga merupakan salah satu faktor penting yang mempengaruhi kualiti penempaan.

Walau bagaimanapun, dengan pembangunan penekan hidraulik dan tukul tempa di negara kita, aplikasinya semakin meluas. Walau bagaimanapun, kerana harga tukul penempaan agak tinggi dan proses penempaan adalah kompleks, kebanyakan syarikat aeroangkasa domestik lebih suka memilih mesin penekan hidraulik untuk melengkapkan produk. Pengeluaran, tetapi dengan peningkatan dalam bilangan penekan hidraulik, proses penempaan dan kualitinya juga telah bertambah baik.

Pada masa yang sama, kerana parameter penempaan boleh diselaraskan mengikut keperluan semasa proses penempaan, proses penempaan menjadi lebih dan lebih fleksibel. Walau bagaimanapun, pada masa ini, teknologi dan peralatan akhbar hidraulik domestik China tidak dapat memenuhi sepenuhnya keperluan untuk penempaan dalam bidang aeroangkasa. Oleh itu, pembangunan bidang aeroangkasa memerlukan penempaan Permintaan terhadap teknologi juga akan meningkat.

rujukan
1. Yao Weidong: Penyelidikan tentang proses penempaan dan sifat struktur mikro penempaan aloi titanium GR5. "Jurnal Universiti Aeronautik dan Astronautik Beijing", 2017,18 (01): 1036-1037.
2. He Xiaolin: Penyelidikan tentang kelakuan kerja panas penempaan aloi titanium semasa proses penempaan. "Tempa China", 2015 (11): 59-60.
3. Wei Guoli: Keadaan semasa dan trend perkembangan pengeluaran penempaan aloi titanium berskala besar di negara saya. "Teknologi Perlindungan Bahan", 2018 (05): 23-26.