Analisis dan contoh penerapan proses penempaan paduan titanium dalam industri penerbangan

Analisis dan contoh penerapan proses penempaan paduan titanium dalam industri penerbangan

Ringkasan: Ini terutama memperkenalkan paduan titanium dan teknologi penempaan. Mengambil contoh cacat penempaan pada tempa TC4 yang ditemukan dalam produksi penerbangan dan proses peningkatan proses, ia menganalisis karakteristik proses penempaan paduan titanium serta prospek penerapan dan pengembangannya dalam industri penerbangan.

1. Ikhtisar

Dengan pesatnya perkembangan perekonomian nasional dan ilmu pengetahuan dan teknologi negara kita, industri kedirgantaraan dan penerbangan telah membuka peluang pengembangan baru dalam beberapa tahun terakhir, terutama setelah berdirinya proyek "pesawat besar" nasional, industri manufaktur penerbangan sipil akan menjadi sebuah titik pertumbuhan ekonomi baru yang memimpin pembangunan ekonomi nasional, dengan prospek pengembangan yang luas. Untuk terus meningkatkan kecanggihan, keandalan, dan penerapan pesawat terbang serta meningkatkan daya saing pesawat domestik di pasar internasional, perusahaan manufaktur penerbangan sipil memiliki persyaratan yang semakin tinggi untuk pemilihan bahan pembuatan penerbangan; Karakteristik utama paduan titanium adalah berat jenisnya yang kecil, kekuatan tinggi, serta ketahanan panas dan ketahanan korosi yang baik. Ini telah menjadi bahan pilihan utama untuk komponen kekuatan pesawat modern, sehingga sangat mengurangi bobot pesawat, di antaranya penempaan paduan titanium TC4 (Ti-6AL-4V) dan TB6 lebih banyak digunakan dalam penerbangan manufaktur.

2. Klasifikasi paduan titanium dan proses penempaan

Menurut struktur mikro pada suhu kamar, paduan titanium dapat dibagi menjadi tiga jenis: paduan tipe-, paduan tipe-+ -, dan paduan tipe-. Diantaranya, termoplastik dan paduan tipe + -memiliki sedikit hubungan dengan kecepatan deformasi, sedangkan paduan tipe memiliki kelenturan yang baik, tetapi suhu yang terlalu rendah dapat menyebabkan pengendapan fase. Proses penempaan paduan titanium dibagi menjadi konvensional penempaan dan penempaan suhu tinggi sesuai dengan hubungan antara suhu penempaan dan suhu transisi.

2.1 Penempaan konvensional paduan titanium

Paduan titanium terdeformasi yang umum digunakan biasanya ditempa di bawah suhu transisi, yang disebut penempaan konvensional. Menurut suhu pemanasan blanko di zona fase (+), dapat dibagi lagi menjadi penempaan di zona dua fase atas dan penempaan di zona dua fase bawah.?

2.1.1 Penempaan di zona dua fase bawah

Penempaan di zona dua fase bawah umumnya dipanaskan dan ditempa pada suhu 40~50 derajat di bawah suhu transisi. Pada saat ini, fase baru lahir dan berpartisipasi dalam deformasi pada saat yang sama. Semakin rendah suhu deformasi, semakin besar jumlah fase yang terlibat dalam deformasi. Dibandingkan dengan deformasi daerah, proses rekristalisasi fase di lebih rendah wilayah dua fase dipercepat dengan tajam. Butir-butir baru yang terbentuk melalui rekristalisasi tidak hanya mengendap di sepanjang batas butir asli yang terdeformasi, tetapi juga muncul di lapisan perantara antara batas butir dan lapisan lembaran. Tempa yang dihasilkan dari proses ini memiliki kekuatan tinggi dan plastisitas yang baik, namun memiliki ketangguhan patah dan ketangguhan yang baik. properti creep masih mempunyai potensi yang besar.

2.1.2 Penempaan di zona dua fase atas

Ini ditempa pada suhu 10-15 derajat di bawah titik transisi fase /( + ). Jaringan akhir setelah deformasi mengandung lebih banyak jaringan yang mengalami transformasi, yang dapat meningkatkan kinerja mulur dan ketangguhan patah jaringan; plastisitas, kekuatan dan ketangguhan paduan titanium dapat digabungkan.

2.2 Penempaan paduan titanium suhu tinggi

Juga dikenal sebagai "penempaan", ini dibagi menjadi dua jenis: yang pertama adalah metode proses memanaskan benda kerja di zona, memulai dan menyelesaikan penempaan di zona; yang kedua adalah metode proses memanaskan blanko di zona tersebut, memulai penempaan di zona tersebut, dan mengendalikan sejumlah besar deformasi untuk menyelesaikan penempaan di zona dua fase, yang disebut sebagai "sub-forging". Dibandingkan dengan penempaan zona dua fase, penempaan dapat memperoleh kekuatan mulur dan ketangguhan patah yang lebih tinggi, yang juga kondusif untuk peningkatan sifat kelelahan paduan titanium.

2.3 Penempaan die isotermal dari paduan titanium

Proses semacam ini menggunakan mekanisme superplastisitas dan mulur material untuk menghasilkan tempa yang lebih kompleks, yang memerlukan pemanasan awal dan pemeliharaan cetakan pada kisaran 760~980 derajat; mesin press hidrolik memberikan tekanan pada nilai yang telah ditentukan, dan kecepatan kerja mesin press secara otomatis disesuaikan dengan ketahanan deformasi blanko. Karena cetakan dipanaskan, tidak perlu menggunakan balok yang dapat digerakkan dengan cepat untuk menghindari pendinginan yang cepat. Banyak penempaan yang digunakan pada pesawat terbang yang memiliki karakteristik dinding tipis dan rusuk yang tinggi, sehingga proses semacam ini telah diterapkan dalam manufaktur penerbangan, seperti proses penempaan die presisi isotermal paduan titanium TB6 pada jenis pesawat domestik tertentu.

3. Analisis cacat dan perbaikan proses tempa TC4

3.1 Kejadian dan analisis cacat pada tempa TC4

Ketika sebuah pabrik melakukan uji coba produksi tempa TC4 menurut suar, beberapa indikator kinerja tempa tersebut terdeteksi tidak memenuhi syarat. Diantaranya, indeks “takik stres patah” kurang dari 5 jam. Mengingat masalah ini, struktur metalografi TC4 harus dianalisis terlebih dahulu, kemudian dicari alasannya dari proses penempaan.

3.1.1 Karakteristik morfologi organisasi metalografi TC4

Paduan titanium TC4 adalah paduan titanium +, komposisinya adalah Ti―6AL-4V, struktur anilnya adalah fase +, mengandung 6? Unsur aluminium yang distabilkan meningkatkan kekuatan fase melalui penguatan lelehan padat, dan vanadium memiliki kemampuan yang lebih kecil untuk menstabilkan -fase. Oleh karena itu, jumlah -fasa dalam jaringan yang dianil sedikit, yaitu sekitar 7-10?.

Di bawah perlakuan panas dan kondisi pemrosesan termal yang berbeda, proporsi, sifat, dan morfologi fase dasar dan paduan TC4 sangat berbeda. Suhu transisi paduan TC4 adalah sekitar 1000 derajat. Jika TC4 dipanaskan hingga 950 derajat, jaringan yang dihasilkan setelah pendinginan udara adalah jaringan baru + transisi; jika dipanaskan hingga 1100 derajat dan didinginkan dengan udara, diperoleh jaringan fase yang tebal dan bertransformasi sempurna, yang disebut jaringan Wei. Jika pemanasan dan deformasi bekerja pada saat yang sama, efeknya lebih jelas. Paduan TC4 dipanaskan di atas suhu transisi, tetapi deformasinya kecil, dan jaringan Wei terbentuk. Karakteristik organisasinya adalah: plastisitas rendah dan ketangguhan benturan, tetapi ketahanan mulurnya baik. Jika suhu deformasi awal di atas transisi, tetapi derajat deformasinya cukup besar, ciri-ciri jaringan yang dihasilkan adalah: bagian batas butir yang ditarik oleh fasa hancur, dan bagian fasa yang bergaris terdistorsi, yang disebut jaringan mirip jaring. Hal ini ditandai dengan plastisitas dan tumbukan yang lebih baik ketangguhan daripada organisasi Wei, mirip dengan organisasi kristal halus isometrik, suhu tinggi yang tahan lama, dan kinerja mulur yang baik. Jika suhu pemanasan lebih rendah dari suhu transisi dan derajat deformasi cukup, diperoleh struktur isometrik. Hal ini ditandai dengan kinerja keseluruhan yang baik, terutama plastisitas tinggi dan ketangguhan benturan. Jika bagian suhu tinggi dari wilayah fase + diubah bentuknya dan kemudian dianil pada suhu tinggi untuk membentuk struktur campuran, kinerja keseluruhannya baik.

Dari analisis organisasi metalografi di atas, dapat dinilai bahwa jika kinerja TC4 menurun, hal ini mungkin disebabkan oleh dua kaitan dalam proses penempaan.:

①Suhu pemanasan terlalu tinggi, mencapai atau melebihi suhu transisi;

②Tingkat deformasi tempa tidak cukup besar.

3.1.2 Analisis proses penempaan TC4

Pengaruh suhu penempaan terhadap ukuran butir dan sifat suhu ruangan dari paduan + titanium adalah dengan meningkatnya suhu (di atas transisi fasa), butir menjadi lebih besar, sedangkan perpanjangan dan penyusutan penampang menjadi lebih kecil, dan plastisitas menurun. ; untuk memastikan bahwa tempa TC4 memiliki kinerja keseluruhan yang baik, tempa tersebut harus ditempa di bawah suhu transisi. Paduan titanium memiliki ketahanan deformasi yang tinggi, tetapi konduktivitas termal yang buruk. Selama penempaan, di bawah aliran kekerasan paduan dan palu yang berat, deformasi dapat menyebabkan suhu masing-masing bagian penempaan melebihi suhu transisi, dan tingkat deformasi terlalu besar, terlalu kecil dan faktor-faktor lain akan menyebabkan butiran menjadi tebal sehingga akan menurunkan kinerja. Berdasarkan hal tersebut di atas, dapat ditentukan terlebih dahulu bahwa penyebab kinerja tempa TC4 di bawah standar dapat disebabkan.:

①Suhu kumpulan blanko palsu terlalu tinggi saat dipanaskan, melebihi titik transisi;

②Ketika palu tunggal terlalu berat selama penempaan, tingkat deformasi palu tunggal terlalu besar, menyebabkan panas berlebih lokal dan agregasi serta rekristalisasi, dan kinerjanya menurun.

③Suhu perlakuan panas setelah penempaan terlalu tinggi, sehingga suhu penempaan TC4 melebihi titik transisi, membentuk jaringan Wei dan menurunkan kinerja penempaan.

3.2 Perubahan parameter proses penempaan TC4 dan hasil pengujian

3.2.1 Seleksi dan hasil pengujian parameter

Mengingat analisis di atas, ubah parameter proses penempaan TC4 (Tabel 1) dan perhatikan penempaan yang ringan dan cepat saat menempa pada saat yang bersamaan. (Catatan: Ukuran pemotongan￠50×113, ukuran penempaan 50×65×65)

Hasil pengujian: Semua indikator kinerja memenuhi syarat, dengan indeks "patah tegangan takik" lebih besar dari 5 jam.

3.2.2 Analisis hasil tes

(1) Dilihat dari suhu tungku dan suhu penempaan awal, suhu pemanasan tidak terlalu tinggi, meskipun melebihi 20 derajat, suku cadang yang memenuhi syarat masih dapat ditempa.

(2) Dalam pengujian, pukulan palu tunggal digunakan untuk memukul pukulan cepat dengan ringan, dan kinerja tempa uji memenuhi standar, membuktikan bahwa pukulan ringan dan pukulan cepat merupakan faktor penting dalam meningkatkan kinerja tempa. penempaan.

(3) Suhu perlakuan panas setelah penempaan adalah 20 derajat lebih rendah dari parameter aslinya, yang juga dapat menjadi faktor dalam meningkatkan kinerja, karena dari sudut pandang suhu, jika suhu tungku mencapai 795 derajat karena penyimpangan kontrol suhu, ini melebihi 780 derajat yang ditentukan dalam manual produksi, yang akan menyebabkan penurunan kinerja tempa.

3.2.3 Verifikasi dan kesimpulan hasil pengujian

Untuk lebih memverifikasi hasil pengujian, pengujian dilakukan bersamaan dengan produksi (Tabel 2), dan metode pemukulan ringan dan cepat tetap dipertahankan selama pemukulan; Hasilnya adalah semua tempa lulus pengujian, dan indeks "patah tegangan takik" lebih besar dari 5 jam.

Sifat mekanik tempa paduan titanium TC4 sebelum dan sesudah pengujian ditunjukkan di atas (Tabel 3). Melalui pengujian, disimpulkan bahwa ketika memproduksi tempa paduan titanium TC4, parameter proses penempaan harus dikontrol secara ketat; pertama-tama, perhatikan penempaan yang ringan dan cepat dalam penempaan untuk mengurangi deformasi palu tunggal, dan kedua, nilai teoritis suhu perlakuan panas setelah penempaan harus diatur dalam kisaran 760~770 derajat, jadi untuk memastikan kualitas penempaan tempa TC4.

3. Prospek pengembangan teknologi penempaan paduan titanium

Proses penempaan paduan titanium banyak digunakan dalam industri manufaktur penerbangan dan kedirgantaraan. Proses penempaan isotermal telah digunakan dalam produksi suku cadang mesin dan bagian struktural pesawat terbang; itu juga menjadi semakin populer di industri otomotif, tenaga listrik dan angkatan laut. Selamat datang.Di luar negeri, penerapan paduan titanium telah berkembang ke tingkat yang sangat tinggi, dan penerapan paduan TiAL bersuhu lebih tinggi serta senyawa intermetalik telah dihargai oleh masyarakat, dan banyak penelitian telah dilakukan; untuk menerapkan bahan-bahan ini dengan lebih baik, pada saat yang sama, banyak penelitian telah dilakukan mengenai teknologi deformasinya. Masyarakat juga semakin memperhatikan penelitian tentang paduan sub-titanium berkekuatan lebih tinggi. Penerapan paduan titanium dan penelitian teknologi tempa masih akan menjadi topik hangat.