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飞机用大型TC4钛合金锻件锻造工艺初探

发布时间:2023-06-08 22:37:06 浏览次数 :

1、引言

某型号飞机发动机挂架用TC4钛合金锻件尺寸大(单重142 kg,长度1700mm,宽度380mm),形状复杂,对探伤及性能要求高。采用模锻的方法生产需要的设备吨位大。采用自由锻方法生产,由于锻件的尺寸大,组织很难控制。且国内无此类锻件成熟的生产工艺可供鉴。为此,本实验探讨了在水压机上自由锻制坯、胎模锻成形、锻制TC4合金大型锻件的生产工艺,为航空用大型钛合金锻件的工业化生产提供工艺参考。

钛合金方块

2、实验过程

飞机用大型TC4钛合金锻件(图1),有两个难点:①不仅要求3个面探伤,而且要求达到AA级探伤水平(杂波水平要达到φ1.2mm一9dB);②锻件形状复杂,各相关尺寸公差小,变截面处有流线要求。

45#钢坯外购。尺寸为φ720mm、重4t的TC4合金铸锭由宝鸡钛业股份有限公司熔铸厂采用真空自耗电弧炉熔铸,化学成分符合国家标准。自由锻设备为1250 t水压机和3150 t水压机。

t1.jpg

依据宝鸡钛业股份有限公司现有设备能力和工艺水平,以及对同规格TC4锻坯探伤摸底,用45#钢坯进行了预锻工艺试验,初步拟订工艺路线为:铸锭--->棒坯锻造--->自由锻制坯--->胎模锻成形--->热处理--->机加工--->性能检测。

3、实验结果及讨论

3.1 锻造工艺

由于成品锻件最大截面尺寸为380mmx82 mm,而棒坯在自由锻制坯及胎模锻成形过程中变形量小。因此,为了保证整个锻件均达到AA级的探伤水平,在棒坯锻造过程中要对棒坯组织和性能和进行严格控制,以获得均匀良好的双态组织。

自由锻制坯在1250t水压机上完成。由于锻件长为1700mm、局部截面尺寸为380mmx82mm,无法局部镦制,故只能按最大截面选择棒坯尺寸。考虑到横向锻造时,轴向长度也会少量增加,因此棒坯直径为φ270mm。采用上窄、下宽锤头,用偏心轴锻造方法拔长小截面处,以保证底面平整。另外,在锻造过程中要不断整形,矫正金属上下部流动不均匀产生的弯曲。胎模设计要注意:①模腔各变截面处尺寸适当加大,留有机加工余量;②模具没有顶出孔及拔模斜度,利于锻件出模;③模腔四周设有飞边槽,容纳多余的金属,保护模具,增加金属模腔外四周和流动阻力,迫使金属充满模腔。在胎模锻成形过程中,模具需预热到400℃左右,模内加润滑剂,锻坯表面涂玻璃粉,提高锻坯在模内的流动性,使坯料在模腔内能够充满。

3.2 锻件的组织

锻件低倍观察见图2。可见,锻件变截面处流线完整,无任何被切断的痕迹,锻件中部流线不对称。这主要是由于在自由锻初成形过程中,是用圆棒压在长方形锻坯上,用锤头压圆棒压制出圆弧形的细颈部分,再用锤头锤打拔长,保持了流线的完整性;而偏心轴拔长使锻件中部流线不对称。

t2.jpg

将锻件分成2个区,并在不同方向各截取3个试样,观察高倍组织,见图3,图4。

t3-4.jpg

图3,图4表明,TC4钛合金锻件高倍组织中,纵向、短横向、长横向差异很小,均为等轴α+β转组织。

3.3 锻件的性能

锻件经过780℃,2h空冷热处理后,在不同方向截取试样,测试了力学性能。结果见表1。

b1.jpg

从表1可以看出,采用本实验研究的锻造工艺制备的锻件力学性能良好,完全满足技术条件要求。

3.4 探伤

对整个锻件进行探伤检查。在尺寸为380mm×82mm大截面部分的端面附近杂波达到φ1.2mm-9dB,其它区域均达到φ1.2mm-15dB,均满足φ1.2mm-9dB的技术要求。

3.5 尺寸检查

采用本实验研究的生产工艺共生产了3批次41件,尺寸均达到技术要求。表明采用自由锻制坯、胎模锻成形方法锻制飞机用大型TC4钛合金锻件是完全可行的。

4、结论

采用本实验研究的棒坏锻造--->自由锻制坯--->胎模锻成形--->热处理--->机加工--->检验工艺流程,生产飞机用TC4合金锻件完全可行。主要力学性能指标(抗拉强度为905 MPa,屈服强度为830 MPa,ak值为38.9J/cm2,室温缺口试验是1170 MPa,7h未断)完全满足技术条件要求,探伤检查除380mm×82mm大截面部分的端面附近杂波达到φ1.2mm-9dB,其它区域均达到φ1.2mm-15dB,满足φ1.2mm-9dB的技术要求;采用本实验工艺共生产了3批次4l件,尺寸均达到锻件用的要求。

参考文献

【1】Yang Zhenheng(杨振恒).Forging Technology(锻造工艺学).Xi’an:Northwest Industry University Press,1999

本文链接:https://www.yongyiti.com/zixun/396.html

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