“等温锻造”的概念出现于20世纪60年代,其研究始于美国,很快前苏联也投入其中,使得相关工作取得进展。通常等温模锻工艺可分为超塑性等温模锻、等温模锻和近等温模锻三种。钛合金等温锻造是把模具加热到与锻坯相同的温度,使坯料在恒温条件下,在专用压力机上以较低的变形速率成形,避免了模具对材料的激冷。下图是陕西宏远航空锻造有限责任公司20000T等温锻液压机,也是中国最大的等温锻液压机。
附图:中国最大的等温锻设备20000T等温锻液压机 钛合金是20世纪50年代开发出供制造业使用的金属,具有强度高、耐热、耐腐蚀、韧性好等优点,是汽轮机、发动机及航空航天等精密零部件的优选材料。目前高温合金和钛合金的用量分别占到飞机发动机总质量的55%~65%和25%~40%,依然是飞机发动机的主要材料。钛合金锻造融合CAD/CAM技术,采用等温锻造、超塑性锻造等新工艺,可防止出现在常规锻造条件下温度下降迅速导致材料成形困难的状况,使坯料保持和模具相同的温度,提升钛合金材料塑性,可将需要多次成形的工件一次精锻成形。 钛合金等温锻造技术主要有以下特点及优势: (1)锻件表面及内部温度均匀,可消除冷模组织(即表面粗晶)。常规锻造,冷模组织产生于锻件表面,由于受到模具温度和摩擦的影响,导致变形和再结晶不充分,因而组织表现为“粗晶”。 (2)可以提高锻件组织均匀性,消除组织残余应力,后续加工变形小。锻件残余应力包括组织应力和温度应力,是导致零件变形进而可能引起设备故障的主要因素之一。由于等温锻造变形缓慢,变形速率低,再结晶充分,可消除加工硬化,减小残余应力,提高零件的使用寿命。 (3)可以显著减小变形抗力,大大提高设备的生产能力。 (4)可以提高材料塑性,甚至使其达到超塑性,实现钛合金等难变形材料的成形。 (5)可采用低应变速率成形,避免了锻造过程中产生热效应(心部产生粗晶)。 (6)变形过程均匀可控,再结晶充分,可消除局部粗晶、混晶,改善锻件质量。 (7)可大幅度提高材料的利用率。等温锻件质量大幅度提高,可减少锻后加工余量,节省昂贵的钛合金材料成本及后续加工成本。 (8)促进航空零件的整体化设计。大型整体结构锻件是实现航空设备主承力结构整体化的必要条件,将传统的多件组合件改为整体构件,可以有效减少零件和连接件的数量,进而设计更薄的构件剖面,减轻飞机的重量,并可减少应力集中以及金属流线的中断,提高飞机构件的抗疲劳性能、抗腐蚀性能和安全可靠性。
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