钛合金成型新技术

山西科技SHANXI

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2008年第3期5月20日出版

●应用技术

钛合金成型新技术

张慧芳1)

(中北大学材料科学与工程学院

张治民2)

山西省精密成形工程技术研究中心)

摘要:对国内外近年来钛合金成型技术进行了介绍,提出了钛合金近净成型技术是今后钛

舍金成型技术的主要发展方向,其发展将会推动钛合金的应用。

关键词:钛合金;近净成型;应用中图分类号:TGl32.3

文献标识码:A

钛合金是一种重要的新型金属结构材料,同其他金属结构材料比较,它具有密度小、工作温度可达550%左右、耐热性明显高于铝合金和镁合金、热强性好、比强度高、耐磨蚀、耐高温、焊接性能好等突出优点。在常温下,钛合金的比强度高于超硬铝,甚至高于高强度结构钢。在400一5500C内,钛合金的比持久强度、比蠕变强度和比疲劳强度,都明显地优于耐热不锈钢。因此,近30年来钛合金获得了迅速的发展。

钛合金虽然有着不同寻常的诸多特性,但并非所有特性都是优点,如高熔点会给冶炼带来困难。首先,它需要的冶炼温度比钢要高出几百度,而且其高温下的化学性质又非常活泼,因此冶炼要在惰性气体的保护下进行,而且不能使用含氧材料,这不仅给冶炼设备、工艺增加了难度且提高了成本,使钛合金的价格也随之升高。目前,1t钛合金的价格相当于不锈钢价格的8倍,高达1.6万美元左右,这也是钛合金不能被更广泛应用的最大障碍。

近净成型技术是一种少切屑或无切屑的工艺,材料利用率高,节省加工费用,是降低钛合金使用成本的有效途径之一,已成为目前发展的热点,是近年来受国内外学者高度重视钛合金成型的新技术。1精密铸造技术

钛合金材料生产成本高,并且机械加工、锻造、焊接等比较困难,特别是对于结构复杂的薄壁构件。而采用精密铸造技术则可以提高钛合金材料的利用率,降低生产成本。通常金属铸件的力学性能低于锻件性能,但钛铸件的使用性能大体上与钛锻件相近,因而精密铸造成为降低成本、优化性能的最佳选择。凝壳炉的应用和熔模精密铸造与金属造型、陶瓷造型工艺的发展为许多大型复杂的薄壁钛铸件缩短生产时间、降低成本展现了一定的空间。

目前高性能的钛合金大型整体精铸件,大多数都是采用金属面层陶瓷型壳或氧化物面层陶瓷型壳浇注出来的,如美国Howrnet公司及PCC能浇出730—770kg的工件,PCC可生产出直径达2m的大型铸件,铸造尺寸公差可达±0.13mm,最小壁厚达1.0—2.0lnln。美国近期的突出成就是通过计算机工艺模拟、组织控制、热等静压和BSrOA热处理等综合技术获得了高性能的Ti一6Al一4V钛合金大型精铸件,其静力及疲劳性能达到了与锻件相同的高水平,因此已将钛铸件扩大应用至F一22战斗机和新型V22Osprey垂直起落飞机的大型主要承力件。

生,蜥l。山西省太原市

作者简介:1)张慧芳,女,1978年5月出生,在读硕士研究收稿日期:2008一∞一∞

 万156 方数据

文章编号:1(104—6429(2008)03—0156—02

大型薄壁精密铸造技术使钛铸件性能接近钛锻件,而成本较钛锻件降低约50%。我国目前从事钛及钛合金精密铸造技术研究和开发的单位有北京航空材料研究院、沈阳铸造研究所、中科院沈阳金属研究所和哈尔滨工业大学等。2钛合金等温锻造

等温锻造是指自始至终模具与工件保持相同的温度,以低应变速率进行变形的一种锻造方法。为防止锻件和模具的氧化,常在真空或惰性气体保护的条件下进行。采用等温锻造工艺能够生产出锻后不需机加工的净型锻件或是仅需少量2次加工的近净型锻件。

钛合金等温锻造技术是一项新的工艺方法,该工艺结合热机械处理能获得综合力学性能最优化的钛合金等温锻件,但在模具材料、模具制造和模具加热装置等方面的成本投入比常规锻造方法要高,因而近年来大多用于制造航空航天工业中飞机的零部件。

与常规锻造相比,在等温条件下锻造钛合金有许多优点,具体如下:

a)等温锻造可密切控制锻件尺寸,能够锻出形状复杂、精度高的锻件,比常规锻造更符合实际需要,节省了原料,大大减少_『机加工,降低了成本。

b)能够实现单道次大变形工艺,获得更精细的组织结构。c)等温锻造可密切控制加工参数,产品具有均匀一致的微观组织,较少出现粗大晶粒,能够获得20%~30%球状口相,故其机械性能与常规锻造相当或优于常规锻造的产品。

d)成型过程可通过严格控制热加工工艺参数,使得产品成形后达到预期的组织要求,从而获得所要求的机械性能。等温锻件一般无残余应力。

e)可使钛合金的加工变形变得较为容易。

与此同时,等温锻造还有以下一些缺点:模具由特殊材料制造,费用比普通模具高得多;需要温度均匀可控的模具加热系统;润滑剂要求高,能在高温下充分使用;为防止工件和模具氧化,需要额外的真空或惰性气体保护装置。

宝山钢铁股份有限公司特殊钢分公司特殊钢技术中心的于卫敏、周建华等人采用等温锻造工艺成功地试制出BT25钛合金精密锻件一直径为500mm高压压气机盘,锻件的各项性能指标全部满足技术条件的要求,且锻件的加工余量小、材料利用率高、组织和性能稳定。3超塑成型技术

所谓超塑性,就是某些具有超塑性的细晶粒金属,当加热到一定温度,就像熔融的玻璃那样软化,并具有极高的塑性,在很小的载荷作用下,就产生较大的变(下转第103页)

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