Аналіз працэсу коўкі тытанавай сплавы ў авіяцыйнай прамысловасці

З хуткім развіццём нацыянальнай эканомікі і навукі і тэхналогій Кітая ў апошнія гады аэракасмічная прамысловасць назірала новыя магчымасці, асабліва пасля стварэння нацыянальнага праекта "буйных самалётаў". Прамысловасць па вытворчасці грамадзянскай авіяцыі стане новым кіроўцам эканамічнага росту, які вядзе развіццё нацыянальнай эканомікі з шырокімі перспектывамі развіцця. Для пастаяннага паляпшэння прасоўвання, надзейнасці і прымянення самалётаў і павышэння канкурэнтаздольнасці міжнароднага рынку на ўнутраных вырабах самалётаў, патрабаванні да выбару аэракасмічных матэрыялаў становяцца ўсё больш жорсткімі. Тытанавыя сплавы сталі асноўным матэрыялам для сучасных структурных кампанентаў самалёта з -за іх нізкай шчыльнасці, высокай трываласці і выдатнай устойлівасці да цяпла і карозіі. Сярод іх TC4 (TI-6AL-4V) і тытанавыя сплавы TB6 шырока выкарыстоўваюцца ў вытворчасці аэракасмічнай прасторы.

Класіфікацыя тытанавых сплаваў і метады каўды
Зыходзячы з мікраструктуры пакаёвай тэмпературы, тытанавыя сплавы можна класіфікаваць на тры тыпы: сплавы α, α+β сплаваў і β сплавы. На гарачую пластычнасць і хуткасць дэфармацыі сплаваў α і α+β не ўплываюць істотна, у той час як β -сплавы маюць добрую забыццё, але могуць выклікаць α -фазавыя ападкі пры нізкіх тэмпературах. Метады кавання тытанавых сплаваў могуць быць аднесены да звычайнай каўдычнай і высокатэмпературнай каўпак, зыходзячы з сувязі паміж тэмпературай кавання і тэмпературай трансфармацыі β.

2.1 Звычайная накаленне тытанавых сплаваў

Звычайна выкарыстоўваюцца дэфармавальныя тытанавыя сплавы звычайна падробленыя ніжэй тэмпературы трансфармацыі β, вядомай як звычайная каванне. Згодна з тэмпературай нагрэву нарыхтоўкі ў (α+β) вобласці, ён можа быць яшчэ больш падзялены на верхнюю двухфазную вобласць і ніжнюю двухфазную коўд.

2.1.1 Ніжняя двухфазная падробка

Ніжняя двухфазная на каўчы, як правіла, праводзіцца пры 40-50 ° С ніжэй тэмпературы трансфармацыі β, дзе адначасова дэфармацыя ўдзельнічае ў дэфармацыі першасных фаз α і β. Нізкая тэмпература дэфармацыі прыводзіць да большай колькасці фазы α, якая ўдзельнічае ў дэфармацыі. У параўнанні з дэфармацыяй у β-вобласці, працэс перакрышталізацыі β-фазы значна паскараецца ў ніжняй двухфазнай вобласці, што прыводзіць да адукацыі новых β-збожжавых не толькі пры першапачатковых β-межах збожжа, але і ў межах β-міжслаёвага паміж α-ламелем. Паводкі, вырабленыя з выкарыстаннем гэтага працэсу, праяўляюць высокую трываласць і добрую пластычнасць, але ўсё яшчэ ёсць патэнцыял для паляпшэння трываласці разбурэння і прадукцыйнасці паўзу.

2.1.2 Верхняя двухфазная падробка

Гэтая методыка прадугледжвае першапачатковую каўчак пры тэмпературы на 10-15 ° С ніжэй фазавай кропкі пераўтварэння β/(α+β). Атрыманая мікраструктура змяшчае больш высокую долю структуры β трансфармацыі, якая паляпшае рэзістэнтнасць да паўзучасці і трываласць пералому тытанавага сплаву, ударыўшы баланс паміж пластычнасцю, трываласцю і трываласцю.

2.2 Высокатэмпературная каванне тытанавых сплаваў

Таксама вядомы як "β-каванне", гэта можна падзяліць на два тыпы: першы тып прадугледжвае нагрэў нарыхтоўкі да β-вобласці, пачынаючы і завяршае працэс каўтынгу ў β-вобласці, у той час як другі тып, вядомы як "падводная β-каванне", прадугледжвае нагрэў у вобласці β, ініцыяваўшы рыду ў β-рэгіёне і кантралюючы значную дэфармацыю ў вобласці двухфазы. У параўнанні з двухфазнай коўчынай вобласцю, β-каванне можа дасягнуць большай трываласці паўзучасці, трываласці на разбурэнне і паляпшэння стомленасці сплаваў тытана.

2.3 Ізатэрмічная нагрузка на тытанавыя сплавы

Гэтая методыка выкарыстоўвае звышпластычнасць матэрыялу і механізмаў паўзучасці для атрымання складаных палад. Гэта патрабуе папярэдняга разагрэву і падтрымання яе ў межах 760-980 ° С, прычым гідраўлічны прэс аказвае загадзя зададзены ціск, а хуткасць працы прэса аўтаматычна рэгулюецца на аснове дэфармацыйнага супраціву нарыхтоўкі. Шмат якія паколы, якія выкарыстоўваюцца ў самалётах, маюць тонкія сцены і высокія рэбры, што робіць гэтую тэхніку прыдатнай для вытворчасці аэракасмічнай прасторы, напрыклад, у працэсе кавання ізатэрмічнай дакладнасці для вытворчасці авіяцыйнага сплаву TB6 TB6.

Аналіз дэфектаў кароў TC4 і паляпшэння працэсу
3.1 Узнікненне і аналіз дэфектаў кароў TC4

Калі пэўная фабрыка праводзіла вытворчасць выпрабаванняў TC4 пасля авіяцыйнага стандарту, было выяўлена, што некалькі паказчыкаў прадукцыйнасці пабудавання былі некваліфікаваны, у прыватнасці, індыкатар "пералому стрэсу" менш за 5 гадзін. Для вырашэння гэтага пытання, аналіз пачаўся з металаграфічнай структуры TC4, а потым вывучыў прычыны ў працэсе кавання.

3.1.1 Металаграфічныя характарыстыкі TC4

TC4 Titanium сплаў-гэта сплаў α+β тытана з складам Ti-6AL-4V. Яго адпаленая мікраструктура складаецца з фаз α+β, якія змяшчаюць 6% алюмінія ў выглядзе стабілізаванага элемента α, а β-фаза ўзмацняецца пры ўмацаванні цвёрдага раствора, што прыводзіць да невялікай колькасці β-фазы ў адпаленай структуры прыблізна 7-10%.

Прапорцыя, уласцівасці і формы асноўных фаз α і β ў сплаве TC4 значна адрозніваюцца пры розных цеплааддачы і гарачых умовах працы. Тэмпература трансфармацыі β сплаву TC4 складае каля 1000 ° С. Награванне TC4 да 950 ° С, а затым паветранае астуджэнне прыводзіць да першаснай структуры трансфармацыі α+β. Награванне яго да 1100 ° С, а затым паветранае астуджэнне прыводзіць да грубага цалкам трансфармаванай β-фазавай структуры, вядомай як структура Widmanstätten. Адначасовае нагрэў і дэфармацыя аказваюць больш выяўлены эфект; Калі TC4 награваецца вышэй за тэмпературу трансфармацыі β, але падвяргаецца невялікай дэфармацыі, ён утварае структуру Widmanstätten. У гэтым працэсе пластычнасць і ўздзеянне трываласць памяншаюцца, але супраціў паўзучасці паляпшаецца. Калі пачатковая тэмпература дэфармацыі вышэй за тэмпературу трансфармацыі β, але пры дастатковай дэфармацыі, яна ўтварае сеткавую структуру. У гэтым выпадку фаза α, акрэсленая межамі β-збожжа, разбураецца, а пласцінкавая фаза α скажаецца, нагадваючы раўнамерную дробназярністую структуру з лепшай пластычнасцю, трываласцю ўздзеяння і высокай тэмпературнай прадукцыйнасцю. Калі тэмпература нагрэву ніжэй за тэмпературу трансфармацыі β, а дэфармацыя дастатковая, гэта прыводзіць да эквіаксаванай структуры, праяўляючы агульныя добрыя ўласцівасці, асабліва высокую пластычнасць і моцнасць. Калі дэфармацыя суправаджаецца высокатэмпературным адпалам у вобласці фазы α+β, атрымліваецца змешаная структура з добрымі ўсёабдымнымі ўласцівасцямі.

Зыходзячы з вышэйзгаданага аналізу металаграфічных структур, можна зрабіць выснову, што зніжэнне прадукцыйнасці ў TC4 можа быць выклікана двума фактарамі ў працэсе кавання:

Тэмпература нагрэву занадта высокая, дасягаючы або перавышаючы тэмпературу трансфармацыі β.
Ступень дэфармацыі коўкі недастатковая.
3.1.2 Аналіз працэсу кароўкі TC4

Тэмпература каўпарацыі ўплывае на памер β -збожжа і ўласцівасці пакаёвай тэмпературы α+β тытанавых сплаваў. Па меры павышэння тэмпературы вышэй тэмпературы β, памер β-збожжа павялічваецца, а падаўжэнне і ўсаджванне папярочнага перасеку памяншаюцца, што прыводзіць да зніжэння пластычнасці. Каб пераканацца, што парады TC4 валодаюць добрымі ўсёабдымнымі ўласцівасцямі, павінна праводзіцца падробка ніжэй тэмпературы трансфармацыі β. Тытанавыя сплавы маюць высокую ўстойлівасць да дэфармацыі, але дрэнную цеплаправоднасць. Падчас коўкі, моцны паток і моцнае малатка могуць выклікаць лакалізаваную перагрэў і перакрышталізацыю, што прывядзе да грубага збожжа і зніжэння прадукцыйнасці. З прыведзенага вышэй аналізу магчымыя прычыны некваліфікаванай прадукцыйнасці каўпарацыі TC4 можна папярэдне вызначыць наступным чынам:

Тэмпература нагрэву партыі нарыхтоўкі занадта высокая, што перавышае β -кропку трансфармацыі.
Адзінае ўздзеянне на каактыку занадта цяжкі, што выклікае празмерную дэфармацыю і прыводзіць да лакальнага перагрэву і перагляду