نمونه‌های تحلیل و کاربرد فرآیند آهنگری آلیاژ تیتانیوم در صنعت هوانوردی

نمونه‌های تحلیل و کاربرد فرآیند آهنگری آلیاژ تیتانیوم در صنعت هوانوردی

خلاصه: این عمدتا آلیاژ تیتانیوم و تکنولوژی آهنگری را معرفی می کند. با در نظر گرفتن عیوب آهنگری آهنگرهای TC4 که در تولید هوانوردی یافت می شود و فرآیند بهبود فرآیند به عنوان مثال، ویژگی های فرآیند آهنگری آلیاژ تیتانیوم و کاربرد و چشم انداز توسعه آن در صنعت هوانوردی را تجزیه و تحلیل می کند.

1. بررسی اجمالی

با پیشرفت چشمگیر اقتصاد ملی و علم و فناوری کشورمان، صنایع هوافضا و هوانوردی در سال‌های اخیر فرصت‌های توسعه جدیدی را به وجود آورده‌اند، به‌ویژه پس از راه‌اندازی پروژه ملی «هواپیمای بزرگ»، صنعت ساخت هوانوردی غیرنظامی به یک صنعت تبدیل خواهد شد. نقطه رشد اقتصادی جدید منجر به توسعه اقتصادی ملی با چشم انداز وسیع توسعه می شود. به منظور بهبود مستمر پیشرفته، قابلیت اطمینان و کاربرد هواپیما و افزایش رقابت بین المللی هواپیماهای داخلی در بازار بین المللی، شرکت های تولیدی هوانوردی غیرنظامی نیازمندی های بالاتر و بالاتری برای انتخاب مواد ساخت هوانوردی؛ ویژگی های اصلی آلیاژ تیتانیوم وزن مخصوص کوچک، استحکام بالا و مقاومت خوب در برابر حرارت و مقاومت در برابر خوردگی آن است. این ماده به ماده اصلی انتخابی برای اجزای نیروی هواپیمای مدرن تبدیل شده است و وزن هواپیما را به شدت کاهش می دهد، که در میان آنها آهنگرهای آلیاژ تیتانیوم TC4 (Ti-6AL-4V) و TB6 بیشتر در هوانوردی مورد استفاده قرار می گیرند. تولید.

2. طبقه بندی آلیاژهای تیتانیوم و فرآیندهای آهنگری

با توجه به ریزساختار در دمای اتاق، آلیاژهای تیتانیوم را می توان به سه نوع تقسیم کرد: آلیاژهای نوع، آلیاژهای + -نوع و آلیاژهای نوع. در میان آن‌ها، ترموپلاستیک‌های آلیاژهای نوع و + -ارتباط کمی با سرعت تغییر شکل دارند، در حالی که آلیاژهای نوع - شکل‌پذیری خوبی دارند، اما دمای بسیار پایین ممکن است باعث بارش فاز شود. فرآیند آهنگری آلیاژ تیتانیوم به روش معمولی تقسیم می‌شود. آهنگری و آهنگری در دمای بالا با توجه به رابطه بین دمای آهنگری و دمای انتقال.

2.1 آهنگری معمولی آلیاژ تیتانیوم

معمولاً آلیاژهای تیتانیوم تغییر شکل یافته معمولاً در زیر دمای انتقال آهنگری می شوند که به آن آهنگری معمولی می گویند. با توجه به دمای گرمایش ماده خالی در ناحیه فاز (+) می توان آن را به آهنگری در ناحیه دو فاز بالایی و آهنگری تقسیم کرد. در منطقه دو فاز پایین.

2.1.1 آهنگری در ناحیه دو فاز پایین

آهنگری در ناحیه دو فاز پایین معمولاً در دمای 40 تا 50 درجه زیر دمای انتقال حرارت داده می شود و آهنگری می شود. در این زمان، فاز نوپا و همزمان در تغییر شکل شرکت می‌کنند. هر چه دمای تغییر شکل کمتر باشد، تعداد فازهای درگیر در تغییر شکل بیشتر است. در مقایسه با تغییر شکل منطقه، فرآیند تبلور مجدد فاز در پایین‌تر است. منطقه دو فاز به شدت شتاب می گیرد. دانه های جدید تشکیل شده در اثر تبلور مجدد نه تنها در امتداد مرز دانه اصلی تغییر شکل یافته رسوب می کنند، بلکه در لایه میانی بین مرز دانه و لایه ورق نیز ظاهر می شوند. آهنگری های تولید شده در این فرآیند دارای استحکام بالا و انعطاف پذیری خوبی هستند، اما چقرمگی شکست آنها و خواص خزشی هنوز پتانسیل بالایی دارند.

2.1.2 آهنگری در ناحیه دو فاز بالایی

در دمای 10-15 درجه زیر نقطه انتقال فاز /( + ) ساخته می‌شود. بافت نهایی پس از تغییر شکل حاوی بافت تبدیل‌شده بیشتری است که می‌تواند عملکرد خزشی و چقرمگی شکست بافت را بهبود بخشد. انعطاف پذیری، استحکام و چقرمگی آلیاژ تیتانیوم را می توان با هم ترکیب کرد.

2.2 آهنگری در دمای بالا آلیاژ تیتانیوم

همچنین به عنوان "جعل" شناخته می شود، به دو نوع تقسیم می شود: اولی روش فرآیند گرم کردن قسمت خالی در منطقه، شروع و تکمیل آهنگری در منطقه است. روش دوم، روش فرآیند گرم کردن قسمت خالی در منطقه، شروع آهنگری در منطقه، و کنترل مقدار زیادی تغییر شکل برای تکمیل آهنگری در منطقه دو فاز است که به آن "زیر آهنگری" گفته می شود. در مقایسه با آهنگری منطقه دو فاز، آهنگری می تواند استحکام خزش و چقرمگی شکست بالاتری را به دست آورد، که همچنین منجر به بهبود خواص خستگی آلیاژهای تیتانیوم می شود.

2.3 قالب گیری همدما از آلیاژ تیتانیوم

این نوع فرآیند از مکانیزم فوق‌العاده‌پذیری و خزش مواد برای تولید آهنگری‌های پیچیده‌تر استفاده می‌کند، که نیاز به گرم کردن قالب و نگهداری در محدوده 760 تا 980 درجه دارد. پرس هیدرولیک فشار را در یک مقدار از پیش تعیین شده اعمال می کند و سرعت کار پرس به طور خودکار توسط مقاومت تغییر شکل قسمت خالی تنظیم می شود. از آنجایی که قالب گرم می شود، برای جلوگیری از سرد شدن سریع نیازی به استفاده از چنین پرتو متحرک سریع نیست. بسیاری از آهنگری‌های مورد استفاده در هواپیما دارای ویژگی‌های دیواره‌های نازک و دنده‌های بلند هستند، بنابراین از این نوع فرآیند در ساخت هوانوردی استفاده می‌شود، مانند فرآیند آهنگری قالبی دقیق همدما آلیاژ تیتانیوم TB6 در نوع خاصی از هواپیماهای داخلی.

3. تجزیه و تحلیل نقص و بهبود فرآیند آهنگری TC4

3.1 بروز و تجزیه و تحلیل عیوب در آهنگری TC4

هنگامی که یک کارخانه تولید آزمایشی آهنگرهای TC4 را مطابق با چراغ راهنما انجام داد، چندین شاخص عملکرد آهنگری غیرقابل صلاحیت تشخیص داده شد. در این میان، شاخص «شکستگی بریدگی تنشی» کمتر از 5 ساعت بود. با توجه به این مشکل ابتدا باید ساختار متالوگرافی TC4 مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد و سپس دلیل آن را از فرآیند آهنگری جست.

3.1.1 مشخصات مورفولوژیکی سازمان متالوگرافی TC4

آلیاژ تیتانیوم TC4 یک آلیاژ + تیتانیوم است، ترکیب آن Ti-6AL{3}}V است، ساختار آنیل شده + فاز، حاوی 6؟ آلومینیوم عنصری تثبیت شده استحکام فاز را از طریق تقویت مذاب جامد بهبود می بخشد، و وانادیوم توانایی کمتری برای تثبیت فاز دارد. بنابراین، تعداد -فازها در بافت بازپخت شده اندک است و حدود 7-10؟.

در شرایط مختلف عملیات حرارتی و پردازش حرارتی، نسبت ها، خواص و مورفولوژی فازهای پایه و آلیاژهای TC4 بسیار متفاوت است. دمای انتقال آلیاژ TC4 حدود 1000 درجه است. اگر TC4 تا 950 درجه گرم شود، بافت حاصل پس از خنک شدن هوا، بافت نوپا + انتقال است. اگر تا 1100 درجه حرارت داده شود و با هوا خنک شود، بافت فاز ضخیم و کاملاً دگرگون شده به دست می آید که به آن بافت وی می گویند. اگر گرما و تغییر شکل همزمان عمل کنند، تأثیر آن آشکارتر است. آلیاژ TC4 بالاتر از دمای انتقال گرم می شود، اما تغییر شکل کوچک است و بافت وی تشکیل می شود. ویژگی های سازمانی آن عبارتند از: انعطاف پذیری کم و چقرمگی ضربه، اما مقاومت در برابر خزش خوب. اگر دمای تغییر شکل اولیه بالاتر از انتقال باشد، اما درجه تغییر شکل به اندازه کافی بزرگ است، ویژگی های بافت به دست آمده عبارتند از: قسمت مرز دانه ای که توسط فاز کشیده می شود خرد می شود و قسمت فاز راه راه منحرف می شود که به آن بافت مش مانند می گویند. با انعطاف پذیری و ضربه بهتر مشخص می شود. چقرمگی نسبت به سازمان وی، مشابه سازماندهی کریستال ایزومتریک، دمای بالا با ماندگاری بالا و عملکرد خزش خوب. اگر دمای گرمایش کمتر از دمای انتقال باشد و درجه تغییر شکل کافی باشد، ساختار ایزومتریک به دست می آید. عملکرد کلی خوب، به ویژه انعطاف پذیری بالا و چقرمگی ضربه. اگر قسمت با دمای بالا از منطقه فاز + تغییر شکل داده و سپس در دمای بالا بازپخت شود تا یک ساختار مخلوط تشکیل شود، عملکرد کلی آن خوب است.

از تجزیه و تحلیل فوق در مورد سازمان متالوگرافی، می توان قضاوت کرد که اگر عملکرد TC4 کاهش یابد، ممکن است ناشی از دو پیوند در فرآیند آهنگری باشد.

① دمای گرمایش خیلی زیاد است، به دمای انتقال رسیده یا از آن فراتر می رود.

②درجه تغییر شکل آهنگری ها به اندازه کافی بزرگ نیست.

3.1.2 تجزیه و تحلیل فرآیند آهنگری TC4

تأثیر دمای آهنگری بر اندازه دانه و خواص دمای اتاق آلیاژ تیتانیوم + این است که با افزایش دما (بالاتر از انتقال فاز)، دانه بزرگتر می شود، در حالی که ازدیاد طول و انقباض مقطع کوچکتر می شود و انعطاف پذیری کاهش می یابد. ; به منظور اطمینان از اینکه آهنگرهای TC4 عملکرد کلی خوبی دارند، باید آنها را زیر دمای انتقال جعل کرد. آلیاژ تیتانیوم دارای مقاومت در برابر تغییر شکل بالا، اما هدایت حرارتی ضعیف است. در حین آهنگری، تحت جریان شدید آلیاژ و چکش کاری سنگین، تغییر شکل ممکن است باعث شود که دمای قسمت های جداگانه آهنگری از دمای انتقال تجاوز کند و درجه تغییر شکل خیلی بزرگ، خیلی کوچک است و عوامل دیگر باعث ایجاد دانه می شود. ضخیم بودن که باعث کاهش کارایی می شود. با توجه به موارد فوق، می توان از ابتدا مشخص کرد که دلایل عملکرد نامرغوب آهنگری TC4 ممکن است باعث شود.

①دمای دسته ای از قطعات فرفورژه در هنگام گرم شدن بسیار زیاد است و از نقطه انتقال فراتر می رود.

②زمانی که یک چکش منفرد در حین آهنگری بیش از حد سنگین است، درجه تغییر شکل یک چکش منفرد خیلی زیاد است و باعث گرمای بیش از حد موضعی و تجمع و تبلور مجدد می شود و عملکرد کاهش می یابد.

③ دمای عملیات حرارتی پس از آهنگری بسیار بالا است، به طوری که دمای آهنگری TC4 از نقطه گذار فراتر می رود، بافت Wei را تشکیل می دهد و عملکرد آهنگری را کاهش می دهد.

3.2 تغییرات پارامتر فرآیند آهنگری TC4 و نتایج آزمایش

3.2.1 انتخاب و نتایج پارامترهای آزمون

با توجه به تحلیل فوق، پارامترهای فرآیند آهنگری TC4 را تغییر دهید (جدول 1) و به آهنگری سبک و سریع در زمان آهنگری همزمان توجه کنید.

نتایج آزمایش: همه شاخص‌های عملکرد واجد شرایط هستند، که شاخص «شکستگی استرس بریدگی» بیشتر از 5 ساعت است.

3.2.2 تجزیه و تحلیل نتایج آزمون

(1) با قضاوت از دمای کوره و دمای اولیه آهنگری، دمای گرمایش خیلی بالا نیست، حتی اگر از 20 درجه تجاوز کند، هنوز هم می توان قطعات واجد شرایط را جعل کرد.

(2) در آزمایش، از یک ضربه چکش برای ضربه سبک به پانچ سریع استفاده شد، و عملکرد آهنگری های آزمایشی در حد استاندارد بود، که ثابت کرد پانچ سبک و پانچ سریع عامل مهمی در بهبود عملکرد دستگاه است. آهنگری

(3) دمای عملیات حرارتی پس از آهنگری 20 درجه کمتر از پارامتر اصلی است، که ممکن است عاملی در بهبود عملکرد باشد، زیرا از نقطه نظر دما، اگر دمای کوره به دلیل انحراف کنترل دما به 795 درجه برسد، این بیشتر از 780 درجه مشخص شده در دفترچه راهنمای تولید است که منجر به کاهش عملکرد آهنگری می شود.

3.2.3 تأیید و نتیجه گیری نتایج آزمون

به منظور بررسی بیشتر نتایج آزمایش، آزمایشی در ترکیب با تولید انجام شد (جدول 2)، و روش ضرب سبک و سریع همچنان در طول چکش کاری حفظ شد. نتیجه این بود که تمام آهنگری ها آزمایش را پشت سر گذاشتند و شاخص "شکستگی تنش بریدگی" بیشتر از 5 ساعت بود.

خواص مکانیکی آهنگرهای آلیاژ تیتانیوم TC4 قبل و بعد از آزمایش در بالا نشان داده شده است (جدول 3). از طریق آزمایش، به این نتیجه رسیدیم که هنگام تولید آهنگرهای آلیاژ تیتانیوم TC4، پارامترهای فرآیند آهنگری باید به شدت کنترل شوند. اول از همه، به آهنگری سبک و سریع در آهنگری توجه کنید تا تغییر شکل یک چکش را کاهش دهید، و ثانیاً، مقدار نظری دمای عملیات حرارتی پس از آهنگری باید در محدوده 760 تا 770 درجه تنظیم شود، بنابراین برای اطمینان از کیفیت آهنگری آهنگرهای TC4.

3. چشم انداز توسعه فناوری آهنگری آلیاژ تیتانیوم

فرآیند آهنگری آلیاژ تیتانیوم به طور گسترده در صنایع هوانوردی و تولید هوافضا استفاده می شود. فرآیند آهنگری همدما در تولید قطعات موتور و قطعات ساختاری هواپیما استفاده شده است. همچنین در صنایع خودروسازی، برق و نیروی دریایی محبوبیت بیشتری پیدا می کند. خوش آمدید. در کشورهای خارجی، کاربرد آلیاژهای تیتانیوم به سطح بسیار بالایی توسعه یافته است و استفاده از آلیاژهای TiAL با دمای بالاتر و ترکیبات بین فلزی مورد توجه مردم قرار گرفته است و تحقیقات زیادی انجام شده است. به منظور کاربرد بهتر این مواد، در عین حال، مطالعات زیادی بر روی فناوری تغییر شکل آنها انجام شده است. مردم همچنین توجه بیشتری به تحقیق در مورد آلیاژهای زیر تیتانیوم با مقاومت بالاتر دارند. کاربرد آلیاژ تیتانیوم و تحقیق در مورد فناوری آهنگری همچنان یک موضوع داغ خواهد بود.