Prestanda hos GR5 titansmide under hydraulisk press och smideshammarsmideprocess

Förord

GR5 titanlegering har goda omfattande egenskaper och kan användas inom flyg, petrokemi, marinteknik, transport och andra områden. Med den snabba utvecklingen av Kinas flygindustri ökar också efterfrågan på GR5 titanlegeringssmide. Därför är forskning om GR5 titanlegeringssmide av stor betydelse.

Smide är en speciell bearbetningsteknik som avsevärt kan förbättra styrkan och hårdheten hos metallmaterial. Det har fördelarna med hög produktionseffektivitet, låg produktionskostnad och god produktkvalitet. Med utvecklingen och framstegen inom smidestekniken utvecklas också smidestekniken ständigt. och perfektion.

Under de senaste åren har smide av titanlegering blivit mer och mer utbredda inom flyg- och rymdområdet, och deras prestandakrav har blivit allt högre. Hur man förbereder högkvalitativa, högpresterande GR5 titanlegeringssmide har blivit ett akut problem inom flyg- och rymdområdet.

Produktionsprocess för smide av titanlegering

Titanlegering är ett metallmaterial med utmärkta omfattande egenskaper. På grund av sin låga densitet, höga specifika hållfasthet och goda korrosionsbeständighet används den i stor utsträckning inom flyg-, marinteknik och andra områden. För närvarande omfattar tillverkningsprocesserna för titanlegeringar huvudsakligen smide och gjutning, varav smide är uppdelat i kallsmidning och varmsmidning.

Kallsmidning använder en smideshammare för att vertikalt träffa titanlegeringssmide vid rumstemperatur, vilket gör att metallen flyter långsamt och jämnt längs smideslängden, för att bilda en enhetlig mikrostruktur inuti smidet. Fördelarna med kall smide är enkel utrustning, brett smidestemperaturområde, lämplig för massproduktion och låg produktionskostnad; nackdelarna är komplex smidesprocess, hög deformationsmotstånd och lång smidestid.

 

Varmsmide hänvisar till bildandet av ett stort antal mikrostruktur- och strukturella defekter, såsom martensit, ferrit, etc., inuti smidet genom varmsträngsprutning, isotermisk smide, isotermisk normalisering och andra processer. Fördelarna med varmsmide är enkel utrustning och förmågan att motstå stora deformationskrafter och deformationstemperaturer; nackdelarna är långa produktionscykler och låg produktionseffektivitet.

Under smidesprocessen av GR5 titanlegering, på grund av att dess egen värmeutvidgningskoefficient skiljer sig från traditionella metallmaterial, har den ett brett smidestemperaturområde och goda värmebearbetningsegenskaper.

Därför tillverkas GR5 titanlegeringssmide i allmänhet genom smide. För att säkerställa kvaliteten på GR5 titanlegeringssmide, värms de i allmänhet till ett processtemperaturintervall innan de smides med en press.

För varmsmidning av titanlegeringar finns det för närvarande två huvudmetoder: den ena är att placera den smidda biten i värmeugnen och värma den till processtemperaturen före smide; den andra är att varmsmida titanlegeringen genom varmformsmidning. Bland dem hänvisar varmformsmidning till en metod där titanlegering som har värmts upp till processtemperaturen placeras i en form och formas genom formen.

Fördelarna med varmformsmide är liten deformationsbeständighet och enhetlig deformation, vilket kan minska inre defekter av smide och förbättra kvaliteten och prestandan hos smide; nackdelen är att det kräver hög måttnoggrannhet och formnoggrannhet hos smidesverk.

Det finns tre huvudmetoder för varmformsmidning av titanlegeringar: en är kontinuerlig smide, som använder maskiner för att kontinuerligt smida smide, vilket också är den mest använda metoden för närvarande; den andra är semi-kontinuerlig smidning, vilket innebär att smiderna roterar i formen, men de kan inte Kontinuerlig smidning utförs; den tredje är fri smide, det vill säga ingen rotation utförs under smidesprocessen, men smidet kan böjas.

Organisatorisk observation och analys

Genom att observera den metallografiska strukturen hos GR5 titanlegeringssmide, kan det ses att strukturen av grovt efter smide är nästan cirkulär kolumnär martensit + en liten mängd kvarhållen austenit, medan strukturen av smidet är nästan cirkulär kolumnär martensit + en liten mängd av kvarhållen austenit. Det finns en uppenbar skillnad mellan de två kropparna, och ämnet har en stor lateral krympning efter smidning, vilket resulterar i en skillnad i smidningens laterala storlek.

Under smidesprocessen, på grund av den höga temperaturen på den hydrauliska pressen, värms högtemperaturlegeringen snabbt upp till över 1000 grader, vilket resulterar i överdriven smidesuppvärmningshastighet, otillräcklig härdning och ytoxidation.

Samtidigt leder överdriven smidestemperatur också till överdriven deformation under smidesprocessen för den hydrauliska pressen, och oxidation och avkolning sker under efterföljande uppvärmning. Dessa två orsaker leder till stora skillnader i sidomåtten på smide.

Analys av smidesmikrostrukturen visar att kylhastigheten under smidesprocessen är relativt stor, medan kylningshastigheten för ämnet efter hydraulisk maskinsmidning är relativt liten. Den alltför höga temperaturhöjningen under smidesprocessen resulterar i stora skillnader i smidernas tvärdimensioner. Samtidigt, under smidesprocessen, växer även smideskornen i varierande grad.

På grund av den snabba avkylningshastigheten för ämnet efter smide, är kornstorleken på smidet mycket annorlunda. Smidets kornstorlek under smidesprocessen är betydligt större än ämnets kornstorlek efter smide med hydraulisk maskin; mikrostrukturen som produceras under smidesprocessen är huvudsakligen nästan cirkulär och kolumnformig. Martensit + en liten mängd kvarhållen austenit; under smidesprocessen är smideskornen grova och ojämnt fördelade.

På grund av den höga smidestemperaturen har GR5 titanlegeringen hög hållfasthet och hårdhet vid rumstemperatur, medan smidestemperaturen är för låg, vilket resulterar i otillräcklig plastisk deformationsförmåga, otillräcklig härdning och oxidation.

Dessutom, på grund av den höga uppvärmningstemperaturen hos den hydrauliska pressen, inträffar oxidation under smide, och oxidskal uppträder på ytan av det slutliga smidda ämnet.

Dragfasthetsexperiment

Rumstemperaturens dragegenskaper hos GR5 titanlegering påverkas av många faktorer, inklusive legeringssammansättning, kornstorlek, töjningshastighet, grad av deformation, etc.

För det första är smidesdiametern i allmänhet mindre än den för varmvalsade stång. Deformationstemperaturen är lägre under smidesvärmning och det är svårt att kontrollera graden av deformation under deformationsprocessen. Därför påverkas smides dragegenskaper i hög grad av basmaterialet och smidesprocessen. Under samma förhållanden är dragegenskaperna hos GR5 titanlegering smidd av hydraulisk press bättre än de som smidd av smideshammare, men det finns ett nyckelproblem under smideshammarsmidning - varm kompressionsdeformation.

Eftersom det finns en viss grad av uppvärmning och kylning under smidesprocessen av den hydrauliska pressen, kan deformationstemperaturen och deformationshastigheten kontrolleras bättre under värmebehandlingen, vilket säkerställer högre plasticitet. På grund av den lägre uppvärmningstemperaturen och snabbare nedkylningshastighet under smideshammarsmidning är smidesplasticiteten inte lika bra som hos hydrauliska presssmider.

Under samma förhållanden kan smide avsevärt förbättra dragegenskaperna hos GR5 titanlegering mer än hammarsmide. För GR5 titanlegeringssmide med samma specifikationer är dragegenskaperna för hydraulisk presssmide bättre än för smideshammarsmide; under samma förhållanden kan smideshammarsmide avsevärt förbättra dragegenskaperna hos GR5 titanlegering än hydraulisk presssmide.

När sträckgränsen är densamma är dragegenskaperna efter smidning av GR5 titanlegering smidd med hydraulisk press bättre än hos GR5 titanlegering smidd med smideshammare. Detta beror på att hydrauliska presssmide har liten inre restspänning på grund av faktorer som liten deformation, låg deformationstemperatur och långsam deformationshastighet; och dragegenskaperna hos GR5 titanlegering smidd av smideshammare efter smide är bättre än efter smide med hydraulisk press.

Detta beror på att vid smide med smideshammare genereras stora restspänningar under smides- och hammarprocesserna, vilket orsakar stora dragspänningar inuti materialet, vilket resulterar i stor plastisk deformation av materialet; medan vid smide med en hydraulisk press, under smidesprocessen Metallen är i ett fritt rinnande tillstånd och det finns ingen restspänning inuti materialet, vilket säkerställer graden av plastisk deformation av materialet.

Analys av resultat av mekaniska testprestanda

Hållfasthetsvärdet och förlängningen av provet av titanlegering GR5 efter smide med en hydraulisk press är större än efter smide med en smideshammare. Detta beror på att ett stort antal föroreningselement produceras inuti smidet under smidesprocessen, och närvaron av dessa föroreningselement gör att titanlegeringen GR5 genomgår deformation. Svår omkristallisation.

Under valsningsprocessen, på grund av det stora valstrycket, är spänningskoncentrationsfenomenet uppenbart. Vissa föroreningselement extruderas in i det inre av titanlegeringen GR5 och bildar en grov Ti-rik fas på korngränserna, vilket gör att en stor mängd energi produceras inuti smidet. Dislokationerna och vakanserna ger förutsättningar för ytterligare deformation av GR5 titanlegering.

Hållfasthetsvärdet för provet av titanlegering av GR5 efter smide med en smideshammare är lägre än det för provet efter smide med en hydraulisk press. Detta beror på att ett stort antal dislokationer och vakanser bildas inuti smidet under smideshammarsmideprocessen, och små partiklar bildas på korngränserna. Den Ti-rika fasen orsakar uppenbar omkristallisering av GR5 titanlegering.

Det kan ses att brottegenskaperna hos provet av titanlegering GR5 efter smide med en smideshammare är: huvudsakligen duktil fraktur, kompletterad med lokal spröd fraktur.

Detta beror på det höga smidestrycket under smideshammarsmideprocessen, vilket gör att vissa föroreningselement bildar grova Ti-rika faser på korngränserna. Samtidigt genereras ett stort antal dislokationer och vakanser under smideshammarsmideprocessen, vilket orsakar uppenbara förändringar i GR5 titanlegeringen. omkristallisationsfenomen.

På grund av den låga smidestemperaturen och snabba smideshastigheten under smideshammarsmidning, genereras ett stort antal sprickkällor, porer och andra defekta element inuti materialet, vilket resulterar i uppenbar omkristallisering av GR5 titanlegering.

Tillämpningsmöjligheter och utvecklingsriktning

GR5 titanlegering används ofta inom flyg, medicinsk utrustning, transport och andra områden på grund av dess utmärkta omfattande egenskaper. Speciellt inom flyg- och rymdområdet har titanlegering GR5 blivit huvudmaterialet.

GR5 titanlegering har fördelarna med låg densitet, hög specifik hållfasthet och specifik styvhet, hög temperaturbeständighet och korrosionsbeständighet. Det används ofta vid tillverkning av viktiga strukturella delar som flygplansrotorer, svansar, ramar för förstärkning av flygkroppar och huvud- och extrabränsletankar.

Eftersom GR5 titanlegering har större hållfasthet och plasticitet vid rumstemperatur krävs lösningsbehandling under smide för att förbättra dess egenskaper. Emellertid kommer strukturen hos GR5 titanlegeringen att vara ojämnt fördelad under smidesprocessen, och grov fas kommer att bildas under kylningsprocessen, vilket resulterar i en minskning av legeringens mekaniska egenskaper.

För att förbättra smidesstrukturen hos GR5 titanlegering finns det för närvarande två vanliga metoder: den ena är att utföra fast lösningsbehandling före smide, såsom hydraulisk presssmidning med varmform; den andra är att utföra behandling av fast lösning under smidesprocessen, såsom smideshammarsmidning.

I den faktiska produktionen, på grund av den komplexa utrustningen för smideshammarsmidning, svår drift och höga produktionskostnader, är hydraulisk presssmidning för närvarande en mer vanligt förekommande process.

Jämfört med hydraulisk presssmidning har ytkvaliteten på smideshammarsmide förbättrats avsevärt, kornen är finare och mer enhetliga och gjutformar med stor diameter kan användas för produktion. Emellertid är produktionseffektiviteten för smideshammarsmide låg och produktionskostnaden är hög. Den har inte helt ersatt den hydrauliska pressens varmsmideprocess.

I framtiden, med utvecklingen av smideshammarsmideteknik och forskningen om smidesteknik och utrustning, kan det förutsägas att produktionseffektiviteten och kvaliteten på smideshammarsmide kommer att förbättras avsevärt.

I den faktiska produktionen, eftersom en stor mängd värme, kraft och slagbelastning kommer att genereras under smidesprocessen, är det nödvändigt att studera inverkan av isotermisk smide på smides struktur, mekaniska egenskaper och mekaniska livslängd genom termiska simuleringsexperiment, och erhålla lämpliga processparametrar för att säkerställa att smideskvaliteten.

På grund av den höga produktionseffektiviteten och de låga utrustningskraven för smideshammarsmideprocessen, kan vi i framtiden försöka använda smideshammarsmider för att producera viktiga strukturella delar inom flyg- och rymdområdet och andra områden, såsom flygplansstjärtar, huvud- och extrabränsletankar, flygkroppsförstärkningsramar och andra viktiga strukturella delar. För vissa stora smide i det allmänna civila området är det, på grund av deras stora storlek, svårt att tillverka dem med smideshammarsmideprocessen.

Författarens åsikt

Med utvecklingen av mitt lands flygindustri blir kvalitetskraven för smide av titanlegering högre och högre, och smidesprocessen är också en av de viktiga faktorerna som påverkar kvaliteten på smide.

Men med utvecklingen av hydrauliska pressar och smideshammare i vårt land blir deras tillämpningar mer och mer utbredda. Men eftersom priset på smideshammare är relativt högt och smidesprocessen är komplex, föredrar de flesta inhemska flygföretag att välja hydrauliska pressar för att färdigställa produkter. Produktionen, men med ökningen av antalet hydrauliska pressar, har dess smidesprocess och kvalitet också förbättrats avsevärt.

Samtidigt, eftersom smidesparametrarna kan justeras efter behov under smidesprocessen, blir smidesprocessen mer och mer flexibel. Men för närvarande kan Kinas inhemska hydrauliska pressteknik och utrustning inte fullt ut uppfylla kraven för smide inom flyg- och rymdområdet. Därför kräver utvecklingen av flyg- och rymdområdet smide. Efterfrågan på teknik kommer också att öka.

referenser
1. Yao Weidong: Forskning om smidesprocessen och mikrostrukturegenskaperna hos GR5 titanlegeringssmide. "Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics", 2017,18 (01): 1036-1037.
2. He Xiaolin: Forskning om hetbearbetningsbeteendet hos smide av titanlegering under smidesprocessen. "China Forging", 2015 (11): 59-60.
3. Wei Guoli: Den nuvarande situationen och utvecklingstrenden av storskalig titanlegeringssmideproduktion i mitt land. "Material Protection Technology", 2018 (05): 23-26.