鈦合金鍛造技術(shù).ppt

鈦與鈦合金鍛造技術(shù),2008-09-09,技術(shù)培訓,專 題 一、 鈦與鈦合金熱加工技術(shù)基礎(chǔ) 二、 航空航天常用鈦合金及其鍛造技術(shù) 三、 鈦合金鍛件的常見缺陷與對策,2008-09-09,專題一的主要內(nèi)容 1. 鈦元素及鈦資源概述 2. 鈦合金的生產(chǎn)流程 3. 鈦的基本特性 4. 鈦的合金化原理 5. 鈦合金的典型組織及分類 6. 鈦合金鍛造技術(shù)基礎(chǔ) 7. 鈦合金常用術(shù)語,2008-09-09,鈦元素的發(fā)現(xiàn),2008-09-09,鈦元素與鈦資源概述,1,鈦元素在周期表中的位置,2008-09-09,鈦元素與鈦資源概述,1,鈦元素在自然界中的賦存狀態(tài),2008-09-09,鈦元素與鈦資源概述,1,地殼質(zhì)量的4，總儲量34億噸 化學性質(zhì)活潑，無鈦的單質(zhì)，主要是氧化物,金紅石,鈦鐵礦,鈦資源的分布,2008-02-18,鈦元素與鈦資源概述,1,2008-02-18,鈦合金的生產(chǎn)流程,2,鈦礦石,海綿鈦,鈦合金鑄錠,變形鈦合金,鑄造鈦合金,葉片 盤件 蒙皮 ,葉片 機匣 蒙皮 ,成品,3,1,2,大棒材 小棒材 板材 管材 型材,半成品,海綿鈦的生產(chǎn)工藝,2008-02-18,1,鈦礦 （金紅石）,四氯化鈦(TiCl4 ),海綿鈦,Kroll：鎂還原,Hunter：鈉還原,氯化,海綿鈦根據(jù)雜質(zhì)含量的不同，可分為0級、1級、2級等不同等級。0級海綿鈦雜質(zhì)含量最低。,鈦合金的生產(chǎn)流程,2,VAR,鈦錠的,2008-09-09,2,飛機和發(fā)動機使用的鈦合金一般要經(jīng)過23次熔煉。（增加熔煉次數(shù)可使成分均勻化）,冷壁銅坩堝熔煉技術(shù) 冷爐床熔煉技術(shù),熔煉,缺陷,及,鈦合金的生產(chǎn)流程,2,硬度降低，偏析區(qū)為等軸組織，相增多。鍛件表面或剖面形成亮條，一般單件報廢。,指氧、氮、碳等間隙元素的富集區(qū)，嚴重時形成化合物，硬度高,危害大，也叫硬偏析、偏析。一旦發(fā)現(xiàn)，整爐報廢,鈦錠的,2008-09-09,2,熔煉,缺陷,及,鈦合金的生產(chǎn)流程,2,由于配料和焊電極時帶入鎢、鉬等難熔金屬，冶煉時未被熔化造成?？捎贸暬驕u流檢驗控制。,高密度夾雜,偏析類冶金缺陷,間隙元素偏析,低Al、V偏析 也叫軟偏析,高Al偏析,鈦合金TC4中的高間隙缺陷 200X 正常區(qū) Hv300 缺陷區(qū) Hv493,由于穩(wěn)定元素Al較多而形成的偏析。 也形成亮條，硬度偏高。單件報廢。,2008-09-09,鈦合金的生產(chǎn)流程,2,鑄錠開坯,3,2008-09-09,鈦合金的生產(chǎn)流程,2,常用開坯設(shè)備,2008-09-09,鈦的基本特征,3,(1) 密度(純鈦密度介于鋁和鐵之間。 (2) 導(dǎo)熱性差，導(dǎo)熱率僅為鐵的1/6，鋁的1/15。 (3) 摩擦系數(shù)較大。 (4) 熱膨脹系數(shù)較低。 (5) 彈性模量較低。 (6) 無磁性。,鈦元素的基本特征,同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,Titanium Alloys,TiAl Alloys,Superalloys,Refractory Metals and Intermetallics,Mg,Al,Single Crystal Superalloys,Temperature (C),200,700,1200,1700,2008-09-09,鈦的基本特征,3,鈦合金的基本特征,高的比強度 （對飛機及航空發(fā)動機尤其重要）,優(yōu)異的耐蝕性能,使用溫度范圍大,低阻尼特性,鈦合金相圖,2008-02-18,鈦的合金化原理,4,中性型,穩(wěn)定化型,穩(wěn)定化型,同晶型,共析型,Zr Hf Sn,Al Ga Ge O N C,Mo V Nb Ta,Fe Mn Cr Co Ni Cu Si H,2008-09-09,鈦的合金化原理,4,完整的 Ti-Al合金相圖,2008-09-09,鈦的合金化原理,4,鈦的主要合金元素,1、穩(wěn)定元素：提高轉(zhuǎn)變溫度，擴大相區(qū)。 距Ti較遠，化學性質(zhì)差別大。 包析反應(yīng)，提高熱穩(wěn)定性,Al：應(yīng)用最廣泛，強效。降低熔點，提高轉(zhuǎn)變溫度。 原子置換方式增加網(wǎng)格畸變，室溫和高溫均強化。 相當于鋼中碳的作用，提高熱穩(wěn)定性和焊接性。,Ga Ge：稀貴元素，應(yīng)用少，作用正在研究中。,O N C: 間隙元素，強度提高，塑性下降。脆性威脅， 嚴格控制含量。,2008-09-09,鈦的合金化原理,4,鈦的主要合金元素,2、穩(wěn)定元素：降低轉(zhuǎn)變溫度，擴大相區(qū)。 固溶強化，提高淬透性和熱處理強化效果。,V Mo：同晶元素，靠近Ti，晶格類型與-Ti相同。 Nb Ta 與相無限互溶，在相中有限溶解。 提高強度，保持較高塑性，無共析或包析反應(yīng),Fe Mn： 共析元素，強化效果明顯。 Cr Co 在和相中均有限溶解，在中溶解度更大 Ni Cu 均存在共析反應(yīng)，影響組織穩(wěn)定和蠕變性能。 Si H 注意H的雙重作用。,2008-09-09,鈦的合金化原理,4,鈦的主要合金元素,3、 中性元素：對轉(zhuǎn)變溫度無顯著影響。 在和中均有較大溶解度，固溶強化。,Zr Hf： Ti的同族元素，提高強度和熱強性， 強化效果低于Al，但對塑性的影響小。,Sn Mg：主要固溶強化相，也可視為 穩(wěn)定元素。,Ce La：稀土元素，提高高溫拉伸和熱穩(wěn)定性。 研究熱點,2008-09-09,鈦合金的典型組織,5,4種基本類型,等軸組織 等軸初生相和轉(zhuǎn)變組織均勻分布。兩相區(qū)中部加熱/變形所獲得的。強度、塑性、疲勞性能突出。,混合組織 轉(zhuǎn)變組織基體上分布有少量等軸初生相。兩相區(qū)上部加熱/變形獲得的。兼顧強度、塑性、韌性、疲勞、蠕變,2008-09-09,鈦合金的典型組織,5,4種基本類型,網(wǎng)籃組織 原始晶粒內(nèi)分布著發(fā)達的片層。晶界已被破碎，無明顯晶界。 相區(qū)加熱/變形，兩相區(qū)完成變形。,魏氏組織 晶界完整，晶內(nèi)存在發(fā)達的片層。晶界明顯。加熱和變形均在相區(qū)完成。斷裂韌性和蠕變性能突出。,2008-09-09,顯微組織對鈦合金性能的影響,注： 無影響，+ 性能提高，- 性能降低 鈦合金的顯微組織以和相的尺寸（細小、粗大）及排列方式（片層 狀、等軸狀）來描述。,鈦合金的典型組織,5,2008-09-09,鈦合金的分類,6,2008-09-09,、 +、 鈦合金的性能差異,注：+ 好，+ 較好，- 差，- 較差 鈦合金的性能主要取決于兩相的排列方式、體積分數(shù)以及各自的性能。,鈦合金類型對性能的影響,鈦合金的分類,6,2008-09-09,鈦合金鍛造基礎(chǔ),7,鈦合金組織與變形溫度、變形程度的關(guān)系, 區(qū)變形,+ 區(qū)變形, + 區(qū)變形,2008-09-09,鈦合金鍛造基礎(chǔ),7,2008-09-09,鈦合金鍛造基礎(chǔ),7,鈦合金的不同鍛造工藝,2008-09-09,鈦合金鍛造基礎(chǔ),7,下料,車床上切割,砂輪切割,適于切割直徑小于60mm的棒材，切割效率高，但砂片壽命較短,2008-09-09,鈦合金鍛造基礎(chǔ),7,加熱,2）提高加熱溫度時，鈦合金會與空氣發(fā)生強烈反映，在 還原性氣氛的油爐中加熱時，吸氫強烈,采用分段加熱，縮短坯料高溫停留時間 電爐加熱（或微氧化性氣氛下火焰加熱），爐底加墊不銹鋼鋼板,鈦合金加熱的兩個特點：,1）鈦低溫導(dǎo)熱率低，采用表面加熱方法時，加熱時間相當長,2008-09-09,鈦合金鍛造基礎(chǔ),7,潤滑,在整個變形過程中能夠形成牢固而連續(xù)的保護膜 在加熱和變形過車工中能夠保護毛坯，防止氧化和氣體污染 具有良好的隔熱性能，使毛坯從爐子轉(zhuǎn)移到模具以及在變形過程中減少能量損失 不與毛坯和模具的表面發(fā)生化學作用 容易涂到毛坯表面，并便于使該工序機械化 容易從鍛件表面清除，能在較長時間保持潤滑性能,模鍛鈦合金用潤滑劑的基本要求,涂潤滑劑的方法 將坯料浸入懸浮液內(nèi)浸涂 用刷子刷到坯料表面 用噴霧器噴到坯料表面,2008-09-09,鈦合金鍛造基礎(chǔ),7,鍛造設(shè)備類型與應(yīng)變速率的關(guān)系,平均應(yīng)變速率/s-1,鍛造設(shè)備,10-4 10-2,10-2 1,1 30,10 200,慢速液壓,液壓,機械壓力 （快速）,鍛錘,2008-09-09,鈦合金鍛造基礎(chǔ),7,變形量控制,變形量： 鈦合金的臨界變形212%，實際控制應(yīng)在1520%以上; 變形3040%,可細化組織；6070%以上可將粗針狀組織細化轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙罱M織,與熱效應(yīng)綜合考慮,2008-09-09,鈦合金鍛造基礎(chǔ),7,清理,2008-09-09,鈦合金鍛造基礎(chǔ),7,缺陷,內(nèi)部缺陷,表面缺陷,表面裂紋,未充滿,折疊和桔皮,內(nèi)部裂紋、空洞,粗大且不均勻的組織,過熱,絕熱剪切帶,亮條,2008-09-09,鈦合金的常用術(shù)語,8,初生相,次生相,晶界相,轉(zhuǎn)變組織,晶粒,2008-09-09,鈦合金的常用術(shù)語,8,原始晶粒,集束,2008-09-09,鈦合金的常用術(shù)語,8,其他術(shù)語參見GB8755-1988,謝 謝 ！,