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航空发起机用TC4钛合金盘轴锻件的成形工艺钻研

颁布功夫:2024-10-12 10:25:00 浏览次数 :

钛合金由于密度幼、比强度高、耐侵蚀 ,已被宽泛利用于航天航空领域。TC4钛合金属于Ti-Al系双相高强钛合金 ,拥有优良的热变形工艺性及良好的力学机能 ,最高工作温度可至500℃,已被大量利用于航空航天发起机等沉要部件[1]。陪伴着新型发起机对推沉比要求的提高 ,压气机等叶盘锻件使用盘轴类整体锻件已成为一项沉要行动。本文针对某TC4合金盘轴一体锻件提出一种多火次正挤压工艺。

1、锻件工艺性分析

TC4钛合金锻件如图1所示。锻件结构为上盘下轴 ,盘部直径与杆部直径比例达到3,而杆部的长杜纂盘部的厚度比例约为6.75,为典型的盘轴类锻件。选取φ300mmx250mm还料挤压成形 ,工艺难点为盘、杆横截面变动大 ,成形过程中金属流动剧烈 ,充型难题。如若选取分步成形 ,先拔杆部 ,后镦粗头部 ,必然增多火次、引起盘杆部组织机能差距大等问题。本文提出一种多火次正挤压成形工艺 ,坯料在模具作用下整体变形 ,而阔气的金属可作为杆手下端工艺余料或贮存在盘部 ,保障锻件成形的靠得住性。

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钛合金由于热导率低 ,变形过程中在较大的应变部位易产生部门温升 ,对组织均匀性以及晶粒的发展变动产生不良影响。出格是锻件成形后期 ,受热互换、热辐射等成分综合影响,锻件表层与心部形成较大梯度的温度场 ,心部温升的成效强烈 ,由此带来的部门金属流动软化 ,易引起低倍组织不均匀 ,高倍组织及机能不合格等问题。本文利用有限元仿照软件仿照成形过程 ,合理设置变形过程的每火次变形量。

1.1 锻件火次节造与变形量分配

选取正挤压单火次成形锻件 ,其杆部金属流动距离较长 ,盘部变形量超过90% ,锻件靠近模具表表的处所温降和变形剧烈 ,易出现低倍组织不均匀、表表扯破、充填差等问题。对于该锻件 ,可适当增长火次来实现变形 ,而多火次间的加热过程能够抵消上1火次锻件产生的内应力 ,减幼晶粒的拉长水平 ,同时也有利于节造变形的均匀性。

选取有限元分析软件对变形过程进行数值仿照。仿照参数为:坯料加热温度为相变点下35℃ ,模具加热温度为300℃,压下速度为2mm/s,剪切摩擦因数选择0.3,热互换系数选择8000W/(m2.K)[2]。锻件成形的总步长为185mm,通过反复仿照推算 ,共设置3个火次 ,选择第1火的压造行程为135mm,第2火为35mm,第3火为15mm,对应的应变领域如图2所示。第1火重要产生镦粗变形 ,等效应变在0.37?1.11之间 ,第2、3火等效应变沿锻件表形散布 ,等效应变领域在0.3?0.7之间 ,第3火时 ,工件对应部位的等效应变在0.5左右。

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1.2 变形速度、加热温度对组织的影响分析

变形速度对TC4合金锻件的影响重要体此刻晶粒的变动和工艺窗口两个方面。在锻件成形过程中 ,变形速度过快 ,大变形区域的变形热不易消散 ,带来的部门温升易导致临界切变应力的降低以及原子能的提高 ,推进晶界加快滑移 ,引起晶粒异常长大 ,组织不均匀;而变形速度过慢 ,则会导致总变形功夫变长 ,在热辐射、模具的热互换等成分综合作用下 ,锻件整体温度降低 ,引起初生球状《相的比例过高、工艺窗口变幼等问题[3]。综合思考选择2mm/s的速度进行锻件变形。

加热过程中 ,已经拉长变扁的晶;岢ご蠡虮幌嗔诘木Я9椴 ,而加热温度距相变点过近 ,则会造成α相体积分数的减幼 ,晶粒的过度粗化等 ,加热温度过低则会造成变形抗力增大 ,晶粒细化等问题 ,综合思考选择该锻件的加热温度为相变点(995℃)下25?40℃的温度区间K伎嫉絋C4合金淬透性较好 ,而锻件自身的热容量不大 ,锻后选择空冷来冷却。

2、试造了局及分析

2.1 锻件及显微组织

由图3、4可知 ,锻件各个部位初生的球状α相体积分数大体相称 ,为35%?40% ,α相的体积分数重要由变形温度和变形量决定 ,注明铸造温度的设定及变形量节造根基合理 ,其中1号地位 ,初生α相尺寸为15?20pm,次生的条状基体较为致密 ,这是由于该部位在最后一个火次中 ,应变约为0.75,且该部位有效厚度较幼 ,冷却速度较快导致的。其余遍地的球状α相再结晶均较好 ,尺寸为30?40|xm,次生的条状基体状态一致性较好 ,批注锻件成形过程均匀性较好 ,也验证了锻件成形应变领域的合理性。

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2.2 力学机能

按图3(b)取样地位取样并进行加工 ,拉伸试样直径测试了局见表1。

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锻件力学机能了局批注 ,锻件的室温机能及髙温机能均能满足技术要求 ,其中盘部强度较杆部的略高。

3、结论

(l)试造了局批注 ,通过三火陆续正挤压工艺能够得到切合技术要求尺度要求的TC4合金盘轴一体锻件。

(2)使用数值仿照技术能够对火次间的应变量进行优化配置 ,每个火次中应变量的节造领域在0.3?0.7之间。

参考文件:

[1]《中国航空资料手册》编纂委员会.中国航空资料手册[M].北京:中国尺度出版社 ,2001.

[2]史廷春 ,陈森灿.TC4高温铸造本构模型的尝试钻研[J].锻压技术 ,1999⑶:1-7.

[3]吕炎.锻件组织机能节造[M].北京:国防工业出版社 ,1988.

本文链接:/dongtai/583.html

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