Analisis Proses Penempaan Alloy Titanium dalam Industri Penerbangan
July 24, 2023
Dengan perkembangan pesat ekonomi dan sains negara China, industri aeroangkasa telah menyaksikan peluang baru dalam beberapa tahun kebelakangan ini, terutama selepas penubuhan projek "pesawat besar" kebangsaan. Industri pembuatan penerbangan awam akan menjadi pemacu pertumbuhan ekonomi baru yang memimpin pembangunan ekonomi negara, dengan prospek pembangunan yang luas. Untuk terus meningkatkan kemajuan, kebolehpercayaan, dan kebolehgunaan pesawat dan meningkatkan daya saing pasaran antarabangsa pesawat yang dihasilkan dalam negeri, keperluan untuk pemilihan bahan aeroangkasa menjadi semakin ketat. Aloi titanium telah menjadi bahan utama bagi komponen struktur pesawat moden kerana ketumpatan rendah, kekuatan tinggi, dan rintangan haba dan kakisan yang sangat baik. Antaranya, TC4 (TI-6AL-4V) dan TB6 Titanium aloi pemalsuan digunakan secara meluas dalam pembuatan aeroangkasa.
Klasifikasi aloi titanium dan teknik penempaan
Berdasarkan mikrostruktur suhu bilik, aloi titanium boleh diklasifikasikan kepada tiga jenis: aloi α, aloi α+β, dan aloi β. Kelajuan plastik dan ubah bentuk panas α dan α+β aloi tidak terjejas dengan ketara, manakala aloi β mempunyai kebolehpasaran yang baik tetapi boleh menyebabkan pemendakan fasa α pada suhu rendah. Teknik penempaan aloi titanium boleh dikategorikan ke dalam penempaan konvensional dan penempaan suhu tinggi, berdasarkan hubungan antara suhu penempaan dan suhu transformasi β.
2.1 Penempatan Konvensional Aloi Titanium
Aloi titanium yang biasa digunakan biasanya dipalsukan di bawah suhu transformasi β, yang dikenali sebagai pemalsuan konvensional. Menurut suhu pemanasan billet di rantau fasa (α+β), ia boleh dibahagikan lagi kepada rantau dua fasa atas yang memalsukan dan menurunkan rantau dua fasa yang lebih rendah.
2.1.1 Kawasan dua fasa yang lebih rendah
Penempatan rantau dua fasa yang lebih rendah biasanya dijalankan pada 40-50 ° C di bawah suhu transformasi β, di mana fasa α dan β utama terlibat dalam ubah bentuk serentak. Suhu ubah bentuk yang lebih rendah mengakibatkan jumlah fasa α yang lebih tinggi yang mengambil bahagian dalam ubah bentuk. Berbanding dengan ubah bentuk di rantau β, proses penyambungan semula fasa β secara ketara dipercepatkan di rantau dua fasa yang lebih rendah, yang membawa kepada pembentukan bijirin β baru bukan sahaja di sempadan bijian β asal tetapi juga dalam interlayer β antara α lamellae. Pemalsuan yang dihasilkan menggunakan proses ini mempamerkan kekuatan yang tinggi dan kemuluran yang baik, tetapi masih ada potensi untuk meningkatkan ketangguhan patah dan prestasi merayap.
2.1.2 Rantau dua fasa atas
Teknik ini melibatkan penempatan awal pada suhu 10-15 ° C di bawah titik transformasi fasa β/(α+β). Struktur mikro yang dihasilkan mengandungi perkadaran struktur transformasi β yang lebih tinggi, yang meningkatkan ketahanan rayuan dan kekukuhan fraktur aloi titanium, menarik keseimbangan antara kepekaan, kekuatan, dan ketangguhan.
2.2 Tempatan Tinggi Penempaan Aloi Titanium
Juga dikenali sebagai "β forging," ini boleh dibahagikan kepada dua jenis: jenis pertama melibatkan pemanasan billet ke rantau β, memulakan dan menyelesaikan proses penempatan di rantau β, sementara jenis kedua, yang dikenali sebagai "sub β memalsukan," melibatkan pemanasan billet ke rantau β, yang memasuki rantau β, Berbanding dengan penempaan rantau dua fasa, penempaan β dapat mencapai kekuatan rayap yang lebih tinggi, ketangguhan patah, dan peningkatan prestasi keletihan aloi titanium.
2.3 Isothermal mati memalsukan aloi titanium
Teknik ini menggunakan mekanisme superplasticity dan rayap bahan untuk menghasilkan pemalsuan yang kompleks. Ia memerlukan pemanasan mati dan mengekalkannya dalam lingkungan 760-980 ° C, dengan akhbar hidraulik yang menggunakan tekanan yang telah ditetapkan, dan kelajuan kerja akhbar yang diselaraskan secara automatik berdasarkan rintangan ubah bentuk bilet. Banyak pemalsuan yang digunakan dalam pesawat mempunyai dinding nipis dan tulang rusuk yang tinggi, menjadikan teknik ini sesuai untuk pembuatan aeroangkasa, seperti proses penempatan di mati untuk aloi titanium pesawat TB6 yang dihasilkan di dalam negeri.
Analisis TC4 Menambah kecacatan dan peningkatan proses
3.1 Kejadian dan Analisis TC4 Memalsukan Kecacatan
Apabila sebuah kilang tertentu menjalankan pengeluaran percubaan TC4 berikutan standard penerbangan, beberapa petunjuk prestasi pemalsuan didapati tidak layak, terutamanya penunjuk "fraktur tekanan" yang kurang dari 5 jam. Untuk menangani isu ini, analisis bermula dengan struktur metallographic TC4 dan kemudian meneroka sebab -sebab dalam proses penempaan.
3.1.1 Ciri -ciri Metallographic TC4
Aloi Tc4 Titanium adalah aloi titanium α+β dengan komposisi Ti-6Al-4V. Mikrostrukturnya yang disusun terdiri daripada fasa α+β, yang mengandungi 6% aluminium sebagai elemen penstabilan α, dan fasa β diperkuat oleh pengukuhan penyelesaian pepejal, mengakibatkan sedikit fasa β dalam struktur annealed, kira-kira 7-10%.
Perkadaran, sifat, dan bentuk fasa asas α dan β dalam aloi TC4 berbeza -beza dengan ketara di bawah rawatan haba yang berbeza dan keadaan kerja panas. Suhu transformasi β aloi TC4 adalah sekitar 1000 ° C. Pemanasan TC4 hingga 950 ° C dan kemudian menghasilkan hasil dalam struktur transformasi α+β utama. Memanaskannya hingga 1100 ° C dan kemudian penyejukan udara membawa kepada struktur fasa β yang sepenuhnya berubah, yang dikenali sebagai struktur Widmanstätten. Pemanasan dan ubah bentuk serentak mempunyai kesan yang lebih ketara; Jika TC4 dipanaskan di atas suhu transformasi β tetapi mengalami ubah bentuk kecil, ia membentuk struktur Widmanstätten. Dalam proses ini, kepekaan dan kesan ketangguhan berkurangan, tetapi rintangan rayap bertambah baik. Sekiranya suhu ubah bentuk awal berada di atas suhu transformasi β tetapi dengan ubah bentuk yang mencukupi, ia membentuk struktur mesh. Dalam kes ini, fasa α yang digambarkan oleh sempadan bijian β telah hancur, dan fasa lamellar α diputarbelitkan, menyerupai struktur halus yang diperkuat dengan kepekaan, ketahanan impak yang lebih baik, dan prestasi rayap suhu tinggi. Sekiranya suhu pemanasan berada di bawah suhu transformasi β, dan ubah bentuknya mencukupi, ia menghasilkan struktur yang sama, mempamerkan sifat -sifat yang baik secara keseluruhan, terutamanya kepekaan yang tinggi dan ketangguhan kesan. Sekiranya ubah bentuk diikuti oleh penyepuhlindapan suhu tinggi di rantau fasa α+β, struktur campuran dengan sifat komprehensif yang baik diperolehi.
Berdasarkan analisis di atas struktur metallographic, dapat disimpulkan bahawa penurunan prestasi dalam TC4 mungkin disebabkan oleh dua faktor dalam proses penempaan:
Suhu pemanasan terlalu tinggi, mencapai atau melebihi suhu transformasi β.
Tahap ubah bentuk penempaan tidak mencukupi.
3.1.2 Analisis proses penempaan TC4
Memalsukan suhu mempengaruhi saiz bijirin β dan sifat suhu bilik aloi titanium α+β. Apabila suhu meningkat di atas suhu transformasi β, saiz bijirin β meningkat, manakala pemanjangan dan pengurangan keratan rentas keratan, yang membawa kepada kepekaan yang dikurangkan. Untuk memastikan bahawa pemalsuan TC4 mempunyai sifat komprehensif yang baik, penempaan harus dilakukan di bawah suhu transformasi β. Aloi titanium mempunyai rintangan ubah bentuk yang tinggi tetapi kekonduksian terma yang lemah. Semasa penempaan, aliran teruk dan pemukul berat boleh menyebabkan terlalu panas dan penghabluran semula setempat, mengakibatkan gandum kasar dan penurunan prestasi. Dari analisis di atas, sebab -sebab yang mungkin untuk prestasi penempatan TC4 yang tidak layak dapat ditentukan secara awal seperti berikut:
Suhu pemanasan kumpulan bilet terlalu tinggi, melebihi titik transformasi β.
Impak penempaan tunggal terlalu berat, menyebabkan ubah bentuk yang berlebihan dan mengakibatkan terlalu panas dan recryst tempatan
