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钛合金等温锻造工艺的介绍

来源:钛棒,钛板,钛管,钛丝,钛设备,钛合金,钛材 发布时间:2015-11-23 15:46:06

某发动机压气机1~3级盘材料为钛合金TC11。TC11是一种综合性能良好的α+β型钛合金,有较好的耐热性和较高的室温强度。钛合金TC11在950 ℃的αj=10.8×10-6 ℃-1,K403模具在950 ℃的αm=14.7×10-6 ℃-1,Δt=930 ℃。代入(3)式得:Lcm=0.996Lcj。TC11属Ti_Al_Mo系,名义成分Ti_6.5Al_3.5Mo_2Zr-0.3Si,相转变α+ββ温度为1000 ℃±20 ℃,锻造温度为800~950 ℃。由于TC11的变形抗力对变形温度和变形速度非常敏感,若采用一般的模锻工艺,模具对坯料的冷却使锻坯的实际温度往往低于规范锻造温度,变形抗力增大,提高设备吨位则塑性变低,大大限制了模锻的变形量。等温锻造即把毛坯加热,放入被加热到锻造温度的恒温模具中,并以较慢的变形速度变形,不仅可以保持锻坯温度,且变形抗力大大减小,降低了设备的吨位。

模具设计的主要特点是通用性好,通过更换凸模、芯模和凹模可锻出各种形状的锻件。闭式锻结构可省去锻件毛边材料的消耗和毛边所需的变形功,使流线分布更合理,并提高了锻件质量。电阻加热器制造简单,它靠传导和辐射来传递热量,虽然第一件升温时间长,但对小批量生产的航空锻件是适用的。模具加热采用单体式电阻丝加热器,安装在上底板上。加热器总功率39 kW,经7~8 h后可将重量为410 kg的3级盘模具和360 kg的上、下模座加热到950 ℃±10 ℃。加热器在加热、保温和压制过程中使用,在加热器底部与下水冷板间隙处用硅酸铝钎维板封堵,减少热量散失。凸凹模离型面较近处钻有深度为30 mm的测温孔,并装热电偶,以测定凸凹模型面的温度,用凸模上的热电偶自动控制凸凹模的温度。

为了获得高精度的锻件,必须考虑加热对钛合金锻件几何尺寸和K403模具几何尺寸的影响。确定模具型腔尺寸的原则是保证锻件成形后常温下符合锻件的尺寸要求。计算采用以下公式:
Lgj=Lcj(1+αjΔt)
Lgm=Lcm(1+αmΔt)
式中:Lcm——常温下模具的名义尺寸,mm;
Lcj——常温下锻件的名义尺寸,mm;
Lgm——锻造温度下模具的名义尺寸,mm;
Lgj——锻造温度下锻件的名义尺寸,mm;
αm——锻造温度下模具平均热膨胀系数,℃-1;
αj——锻造温度下锻件平均热膨胀系数,℃-1;
Δt——等温锻造温度与常温的温差,℃

模具安装在6 300 kN液压机上,单体式加热器对模具及模座加热,水冷板和模座构成通用模架,压气机1,2,3级盘模具可安装在通用模架上。压气机盘的锻件为Ⅰ类锻件,每炉批锻件剖切一件分析锻件的理化性能,且每个锻件上要专留试料,以分析该锻件试料的室温性能和高倍组织,与剖切件对比,判断该锻件理化性能是否合格。压气机1级盘锻件专留试料在尾部,2~3级盘专留试料在中心处。为了获得细小的等轴晶粒,环(饼)坯必须有足够大的变形程度。压气机1级盘环坯主要考虑能够放入凹模型腔中,并保证环坯体积等于锻件体积,环坯尺寸确定为270 mm×145 mm×55 mm。这样,1级盘等温锻造的断面缩减率εF=28.3%。对于2,3级盘等温锻造的变形量考虑在50%~80%,为便于管理,2,3级盘用的饼坯尺寸统一确定为180 mm×55 mm。在锻件成形和热处理之后,切割下来作理化分析用。www.hvw00.com模具采用闭式锻结构,模座与水冷板用螺钉连接,凸、凹模与模座也用螺钉连接。模座与水冷板之间夹有二层石棉板,上、下水冷板开有水冷槽,工作时通水冷却,以保护液压机和改善操作条件。液压机慢速系统改造方案据资料报道,钛合金Ti_6Al_6V_2Sn在接近β转变温度范围、滑块速度由1.27 m/s降到0.015 m/s时,其变形抗力由1 100 MPa下降到250 MPa,下降率约为70%。由此可以看出,选择较低的变形速度,可使饼坯变形过程中流动应力降低,从而改善模具的受力状况,以便用吨位较小的液压机锻造较大的盘件。

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