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典型金屬間化合物鈦鋁合金的包套擠壓精密鍛造

時(shí)間:2022-08-20   訪問量:1453

未來的航空發(fā)動機(jī)要求向高速、高溫(渦輪進(jìn)口溫度提高到870℃以上)、高壓、大功率和小型化方向發(fā)展。必然要求材料具有高熔點(diǎn)、低密度、高比強(qiáng)度、高比模量、高蠕變抗力、高韌性、抗氧化、抗燃燒等優(yōu)異的性能,這就對燃燒室、渦輪盤、葉片用的合金提出了更高要求,目前金屬間化合物材料鈦鋁合金已經(jīng)成為新一代高推比航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵材料之一。金屬間化合物材料是當(dāng)前航空發(fā)動機(jī)高溫材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。金屬間化合物材料質(zhì)量輕、強(qiáng)度高,在高溫下能保持高強(qiáng)度并具有良好的抗氧化性能,與其同時(shí)進(jìn)行的金屬間化合物鈦鋁合金材料構(gòu)件制造技術(shù)正在深入地發(fā)展研究中。金屬間化合物材料鈦鋁合金部件應(yīng)用于現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)以后,可使現(xiàn)代發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在多方面取得飛躍的變化。金屬間化合物鈦鋁基合金材料具有低密度(3.7~3.9g/cm3)和較高的使用溫度(700~850℃)及優(yōu)良的高溫性能,可替代部分鎳基高溫合金組件,可用于高壓轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)盤、高壓轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)葉片等的制造,因而成為發(fā)展高推比發(fā)動機(jī)不可缺少的結(jié)構(gòu)材料。
鈦鋁合金包套熱擠壓成形和等溫精密鍛造成形需要在1200~1350℃高溫范圍內(nèi)加工,采用等溫精密真空模鍛工藝可制備出鈦鋁合金航空發(fā)動機(jī)用部件。
鈦鋁基變形合金的超塑性鍛造幾乎與陶瓷碳素強(qiáng)化合金同時(shí)出現(xiàn),但由于力學(xué)性能和成本方面的原因未得到連續(xù)的發(fā)展。由于變形熱加工性能的限制,采用傳統(tǒng)方法來加工鈦鋁基合金已不可能,因此,鈦鋁基合金發(fā)展轉(zhuǎn)向超塑性鍛造、包套精密鍛造等,從而擴(kuò)大了鈦鋁基合金變形的范圍。
我國研究變形TC4、TC6、TC11、Ti811、Ti55鈦合金的超塑性精密鍛造技術(shù)始于1978年,至今主要應(yīng)用于壓氣機(jī)輪盤、葉片的航空發(fā)動機(jī)部件上,但是超塑性精密鍛造鈦鋁基合金葉片直到目前未見報(bào)道。國外在合金成分和包套擠壓、熱處理工藝上有突破,因此鈦鋁基合金的超塑性精密鍛造得到快速發(fā)展。
鈦鋁合金鍛造狀態(tài)下的基體是層片狀和等軸狀的混合顯微組織,目前生產(chǎn)合金的典型工藝是“鑄造+包套擠壓+包套鍛造”,具體包括以下幾步:
(1)熔煉和鑄造;
(2)開坯即粗大組織的破碎;
(3)后續(xù)熱塑性加工工藝。

現(xiàn)已有3種冶煉方法被成功地應(yīng)用在鈦鋁基合金的生產(chǎn)上,即凝殼感應(yīng)熔煉(induction skull melting)、真空電弧熔煉(vacuumare melting)和等離子束熔煉(plasma melting).
凝殼感應(yīng)熔煉主要用來生產(chǎn)試驗(yàn)室用小直徑(75~125mm)鑄錠。
真空電弧熔煉:電弧、等離子束熔煉及凝固過程會在大直徑鑄錠中造成高的熱應(yīng)力甚至使鑄錠開裂。含46%~48%(摩爾分?jǐn)?shù))鋁的鑄態(tài)鈦鋁合金的板條晶粒通常為100~300μm.而鋁的摩爾分?jǐn)?shù)小于46%的合金,因不存在枝晶間γ相釘扎α晶粒的生長,其鑄態(tài)板條晶粒較粗大,卻明顯受冷卻速度的影響;如在ф70mm的Ti-45.5Al-2Cr-2Nb合金鑄錠中板條晶粒約為150μm,而ф200mm的鑄錠中板條晶粒則為700μm.這表明該合金鑄態(tài)試樣組織在1050℃、10-2/s應(yīng)變速率以及在1250℃、1/s應(yīng)變速率下無拉伸塑性。因此,鑄態(tài)鈦鋁合金不可能采用常規(guī)的熱變形工藝。在已研制的多種鈦鋁化合物合金中,只有美國的GE公司研制開發(fā)的Ti-48Al-2Cr-2Nb(摩爾分?jǐn)?shù)/%)合金能在一個(gè)較寬的溫度和應(yīng)變速率范圍內(nèi)進(jìn)行熱變形加工。美國的Textron 特殊材料公司已經(jīng)制造出SiC/Ti3Al大型件。應(yīng)用高應(yīng)變速率鍛造設(shè)備加工鈦鋁合金會導(dǎo)致部件結(jié)構(gòu)碎裂,顯微組織無法控制,因此,必須采用高溫蠕變成形工藝大約10-3/s低應(yīng)變速率對鈦鋁合金進(jìn)行等溫模鍛加工成形。
鈦鋁合金鑄錠坯材不能夠直接進(jìn)行模鍛成形應(yīng)用,需要對鑄錠進(jìn)行碎化合金組織的熱加工工藝。成功用于碎化鑄造鈦鋁合金組織的熱加工工藝主要有3種:包套擠壓制坯、真空等溫鍛造、包套精密鍛造。無論是哪種工藝方法,加工前都需要將鑄錠進(jìn)行預(yù)熱等靜壓和均勻化熱處理。



億沐鑫新材料公司產(chǎn)品分類:鈦棒鈦管鈦板鈦陽極鈦箔鈦帶鈦法蘭鈦絲鈦靶材鈦設(shè)備鈦餅鈦環(huán)鈦標(biāo)準(zhǔn)件鈦加工件

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