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航空用钛合金型材的挤压工艺

来源:钛棒,钛板,钛合金,钛管,钛丝,钛设备 发布时间:2014-9-4 12:08:14
飞机上使用的绝大部分是薄壁型材,俄罗斯的水平最高。以俄罗斯航空用钛合金型材为例,从横截面形状上可分成:直角、锐角、钝角、Z字型材、U字型材和T字型材;从边长与壁厚上又可分成:等边长、不等边长、等壁厚、不等壁厚、薄壁、厚壁型材。约有70余种,基本用在俄罗斯军用飞机机身内装置上。航空、航天用的钛合金型材在国外都采用挤压方法生产。钛型材一般在卧式水压机上用正挤压法生产。钛型材分厚壁型材和薄壁型材两大类。

挤压坯料一般采用挤压、锻造和乳制的方法制备。坯料的准备通常包括下列工序:切成定尺坯料、端面加工、倒棱、前端成形。坯料用车床机械加工到4级表面精度,坯料前端机械加工成一定曲率的球面。
确定钛合金的挤压工艺参数时,应考虑的因素有:
    (1)温度。提高温度时,金属流动不均匀性增加,这是大多数合金热挤压的特征。但是,为了便于在最小的压力下实现快速挤压,应在能保证制品良好力学性能的尽可能高的温度条件下进行挤压。对工业纯钛来说,即使挤压温度高达1038T(刚好进入相区的温度范围),对其力学性能也无明显的影响。然而,实际上业已证明,在927T左右的温度下进行挤压是有利的。表4-48和表4-49为部分前苏联钛合金棒材的挤压参数,供型材挤压时参考。
    (2)润滑。在挤压钛时,通常采用两种主要的润滑剂:含有诸 如石墨等固体薄片的油基润滑剂和玻璃润滑剂。金属铜包套润滑 有时也用于某些钛挤压产品。因为钛具有严重的因摩擦而黏结的 特性,所以润滑是特别重要的,而且往往还是一个最困难的问题。 润滑不合理不仅会使钛黏附于挤压模上,而且会引起挤压模的大 量磨损。这两种情况都可能在产品表面引起深的划痕和撕裂。此 外,钛合金挤压机的主要差别一般体现在润滑方式上。
    钛合金热挤压时,以玻璃润滑方式润滑较多。采用玻璃润滑 挤压,可使钛合金在高得多的温度范围内有较均匀的流动。例如, 在玻璃润滑条件下,加热至1000T的BT3-1合金以及加热至 1050T:的BT5-1合金也能获得较均匀的金属流动。
    玻璃润滑剂适于钛合金的挤压,一般解释为玻璃有优良的、好 的隔热性,可提高毛坯温度场的均一性。
    (3)加热。在加热时,应尽可能保证钛坯料不产生氧化鳞皮。 可采用各种各样的方法,如盐浴槽、感应加热炉和氩气气氛炉来加 热钛坯。在氩气气氛下的马弗炉中加热可获得最好的效果。采用惰性气氛下的低频感应炉加热也是较为理想的。
    (4)挤压速度。无论采用油基还是玻璃作润滑剂,均应选用 尽可能高的挤压速度。由于油脂类润滑剂在高温下对钛坯料的保 护作用较小,所以热坯料与挤压模的接触时间应尽可能短。当用 玻璃作为坯料和工具之间的绝热体时,上述问题就不是那么严重 了。然而,玻璃润滑的主要缺点是,玻璃在开始熔化的状态下往往 容易连续不断地从容器中流出,因而也要求采用高的挤压速度。
    挤压时可达到的实际挤压轴速度依合金成分、挤压温度和挤 压比而变化,但在一般情况下为80?130 mm/s(与表4-48中给出 的制品流出速度相对应)。
    (5)模具寿命。挤压模寿命与型材的几何形状和被挤压钛合金的品种有关。对于一些确定的型材来说,挤压比较软的金属(如纯钛)时挤压模寿命大大地长于挤压较高强度合金(如Ti-6A1-4V) 时的挤压模寿命。采用玻璃润滑剂时,挤压模的使用寿命为每副挤 压模1?20次。用玻璃垫挤压钛合金时,采用锥形模和平面模。用 平面模时,由玻璃垫的内表面形成金属流动的漏斗形体。为提高平 面模的寿命,通常把硬质合金堆焊在定径带表面上,也可将硬质合 金镶块安装在钢圈内。采用入口锥度为130°?150°的 模具时,金属流动最好。挤压复杂型材时,用整体式挤压模在制造 上消耗工时太多,因此最好做成可分式的。
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