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飛機用大型TC4鈦合金鍛件鍛造工藝

發(fā)布時間 :2023-09-23 18:08:16 瀏覽次數(shù) :

1、引言

某型號飛機發(fā)動機掛架用TC4鈦合金鍛件尺寸大(單重142 kg,長度1700mm,寬度380mm),形狀復雜,對探傷及性能要求高。采用模鍛的方法生產(chǎn)需要的設(shè)備噸位大。采用自由鍛方法生產(chǎn),由于鍛件的尺寸大,組織很難控制。且國內(nèi)無此類鍛件成熟的生產(chǎn)工藝可供鑒。為此,本實驗探討了在水壓機上自由鍛制坯、胎模鍛成形、鍛制TC4合金大型鍛件的生產(chǎn)工藝,為航空用大型鈦合金鍛件的工業(yè)化生產(chǎn)提供工藝參考。

鈦合金方塊

2、實驗過程

飛機用大型TC4鈦合金鍛件(圖1),有兩個難點:①不僅要求3個面探傷,而且要求達到AA級探傷水平(雜波水平要達到φ1.2mm一9dB);②鍛件形狀復雜,各相關(guān)尺寸公差小,變截面處有流線要求。

45#鋼坯外購。尺寸為φ720mm、重4t的TC4合金鑄錠由寶雞鈦業(yè)股份有限公司熔鑄廠采用真空自耗電弧爐熔鑄,化學成分符合國家標準。自由鍛設(shè)備為1250 t水壓機和3150 t水壓機。

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依據(jù)寶雞鈦業(yè)股份有限公司現(xiàn)有設(shè)備能力和工藝水平,以及對同規(guī)格TC4鍛坯探傷摸底,用45#鋼坯進行了預鍛工藝試驗,初步擬訂工藝路線為:鑄錠--->棒坯鍛造--->自由鍛制坯--->胎模鍛成形--->熱處理--->機加工--->性能檢測。

3、實驗結(jié)果及討論

3.1 鍛造工藝

由于成品鍛件最大截面尺寸為380mmx82 mm,而棒坯在自由鍛制坯及胎模鍛成形過程中變形量小。因此,為了保證整個鍛件均達到AA級的探傷水平,在棒坯鍛造過程中要對棒坯組織和性能和進行嚴格控制,以獲得均勻良好的雙態(tài)組織。

自由鍛制坯在1250t水壓機上完成。由于鍛件長為1700mm、局部截面尺寸為380mmx82mm,無法局部鐓制,故只能按最大截面選擇棒坯尺寸。考慮到橫向鍛造時,軸向長度也會少量增加,因此棒坯直徑為φ270mm。采用上窄、下寬錘頭,用偏心軸鍛造方法拔長小截面處,以保證底面平整。另外,在鍛造過程中要不斷整形,矯正金屬上下部流動不均勻產(chǎn)生的彎曲。胎模設(shè)計要注意:①模腔各變截面處尺寸適當加大,留有機加工余量;②模具沒有頂出孔及拔模斜度,利于鍛件出模;③模腔四周設(shè)有飛邊槽,容納多余的金屬,保護模具,增加金屬模腔外四周和流動阻力,迫使金屬充滿模腔。在胎模鍛成形過程中,模具需預熱到400℃左右,模內(nèi)加潤滑劑,鍛坯表面涂玻璃粉,提高鍛坯在模內(nèi)的流動性,使坯料在模腔內(nèi)能夠充滿。

3.2 鍛件的組織

鍛件低倍觀察見圖2。可見,鍛件變截面處流線完整,無任何被切斷的痕跡,鍛件中部流線不對稱。這主要是由于在自由鍛初成形過程中,是用圓棒壓在長方形鍛坯上,用錘頭壓圓棒壓制出圓弧形的細頸部分,再用錘頭錘打拔長,保持了流線的完整性;而偏心軸拔長使鍛件中部流線不對稱。

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將鍛件分成2個區(qū),并在不同方向各截取3個試樣,觀察高倍組織,見圖3,圖4。

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圖3,圖4表明,TC4鈦合金鍛件高倍組織中,縱向、短橫向、長橫向差異很小,均為等軸α+β轉(zhuǎn)組織。

3.3 鍛件的性能

鍛件經(jīng)過780℃,2h空冷熱處理后,在不同方向截取試樣,測試了力學性能。結(jié)果見表1。

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從表1可以看出,采用本實驗研究的鍛造工藝制備的鍛件力學性能良好,完全滿足技術(shù)條件要求。

3.4 探傷

對整個鍛件進行探傷檢查。在尺寸為380mm×82mm大截面部分的端面附近雜波達到φ1.2mm-9dB,其它區(qū)域均達到φ1.2mm-15dB,均滿足φ1.2mm-9dB的技術(shù)要求。

3.5 尺寸檢查

采用本實驗研究的生產(chǎn)工藝共生產(chǎn)了3批次41件,尺寸均達到技術(shù)要求。表明采用自由鍛制坯、胎模鍛成形方法鍛制飛機用大型TC4鈦合金鍛件是完全可行的。

4、結(jié)論

采用本實驗研究的棒壞鍛造--->自由鍛制坯--->胎模鍛成形--->熱處理--->機加工--->檢驗工藝流程,生產(chǎn)飛機用TC4合金鍛件完全可行。主要力學性能指標(抗拉強度為905 MPa,屈服強度為830 MPa,ak值為38.9J/cm2,室溫缺口試驗是1170 MPa,7h未斷)完全滿足技術(shù)條件要求,探傷檢查除380mm×82mm大截面部分的端面附近雜波達到φ1.2mm-9dB,其它區(qū)域均達到φ1.2mm-15dB,滿足φ1.2mm-9dB的技術(shù)要求;采用本實驗工藝共生產(chǎn)了3批次4l件,尺寸均達到鍛件用的要求。

參考文獻

【1】Yang Zhenheng(楊振恒).Forging Technology(鍛造工藝學).Xi’an:Northwest Industry University Press,1999

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