钛合金锻造技术.ppt

钛与钛合金锻造技术,2008-09-09,技术培训,专题一、钛与钛合金热加工技术基础二、航空航天常用钛合金及其锻造技术三、钛合金锻件的常见缺陷与对策,2008-09-09,专题一的主要内容1.钛元素及钛资源概述2.钛合金的生产流程3.钛的基本特性4.钛的合金化原理5.钛合金的典型组织及分类6.钛合金锻造技术基础7.钛合金常用术语,2008-09-09,钛元素的发现,2008-09-09,钛元素与钛资源概述,1,钛元素在周期表中的位置,2008-09-09,钛元素与钛资源概述,1,钛元素在自然界中的赋存状态,2008-09-09,钛元素与钛资源概述,1,地壳质量的4，总储量34亿吨化学性质活泼，无钛的单质，主要是氧化物,金红石,钛铁矿,钛资源的分布,2008-02-18,钛元素与钛资源概述,1,2008-02-18,钛合金的生产流程,2,钛矿石,海绵钛,钛合金铸锭,变形钛合金,铸造钛合金,叶片盘件蒙皮,叶片机匣蒙皮,成品,3,1,2,大棒材小棒材板材管材型材,半成品,海绵钛的生产工艺,2008-02-18,1,钛矿（金红石）,四氯化钛(TiCl4),海绵钛,Kroll：镁还原,Hunter：钠还原,氯化,海绵钛根据杂质含量的不同，可分为0级、1级、2级等不同等级。0级海绵钛杂质含量最低。,钛合金的生产流程,2,VAR,钛锭的,2008-09-09,2,飞机和发动机使用的钛合金一般要经过23次熔炼。（增加熔炼次数可使成分均匀化）,冷壁铜坩埚熔炼技术冷炉床熔炼技术,熔炼,缺陷,及,钛合金的生产流程,2,硬度降低，偏析区为等轴组织，相增多。锻件表面或剖面形成亮条，一般单件报废。,指氧、氮、碳等间隙元素的富集区，严重时形成化合物，硬度高,危害大，也叫硬偏析、偏析。一旦发现，整炉报废,钛锭的,2008-09-09,2,熔炼,缺陷,及,钛合金的生产流程,2,由于配料和焊电极时带入钨、钼等难熔金属，冶炼时未被熔化造成。可用超声或涡流检验控制。,高密度夹杂,偏析类冶金缺陷,间隙元素偏析,低Al、V偏析也叫软偏析,高Al偏析,钛合金TC4中的高间隙缺陷200X正常区Hv300缺陷区Hv493,由于稳定元素Al较多而形成的偏析。也形成亮条，硬度偏高。单件报废。,2008-09-09,钛合金的生产流程,2,铸锭开坯,3,2008-09-09,钛合金的生产流程,2,常用开坯设备,2008-09-09,钛的基本特征,3,(1)密度(纯钛密度介于铝和铁之间。(2)导热性差，导热率仅为铁的1/6，铝的1/15。(3)摩擦系数较大。(4)热膨胀系数较低。(5)弹性模量较低。(6)无磁性。,钛元素的基本特征,同素异构转变,TitaniumAlloys,TiAlAlloys,Superalloys,RefractoryMetalsandIntermetallics,Mg,Al,SingleCrystalSuperalloys,Temperature(C),200,700,1200,1700,2008-09-09,钛的基本特征,3,钛合金的基本特征,高的比强度（对飞机及航空发动机尤其重要）,优异的耐蚀性能,使用温度范围大,低阻尼特性,钛合金相图,2008-02-18,钛的合金化原理,4,中性型,稳定化型,稳定化型,同晶型,共析型,ZrHfSn,AlGaGeONC,MoVNbTa,FeMnCrCoNiCuSiH,2008-09-09,钛的合金化原理,4,完整的Ti-Al合金相图,2008-09-09,钛的合金化原理,4,钛的主要合金元素,1、稳定元素：提高转变温度，扩大相区。距Ti较远，化学性质差别大。包析反应，提高热稳定性,Al：应用最广泛，强效。降低熔点，提高转变温度。原子置换方式增加网格畸变，室温和高温均强化。相当于钢中碳的作用，提高热稳定性和焊接性。,GaGe：稀贵元素，应用少，作用正在研究中。,ONC:间隙元素，强度提高，塑性下降。脆性威胁，严格控制含量。,2008-09-09,钛的合金化原理,4,钛的主要合金元素,2、稳定元素：降低转变温度，扩大相区。固溶强化，提高淬透性和热处理强化效果。,VMo：同晶元素，靠近Ti，晶格类型与-Ti相同。NbTa与相无限互溶，在相中有限溶解。提高强度，保持较高塑性，无共析或包析反应,FeMn：共析元素，强化效果明显。CrCo在和相中均有限溶解，在中溶解度更大NiCu均存在共析反应，影响组织稳定和蠕变性能。SiH注意H的双重作用。,2008-09-09,钛的合金化原理,4,钛的主要合金元素,3、中性元素：对转变温度无显著影响。在和中均有较大溶解度，固溶强化。,ZrHf：Ti的同族元素，提高强度和热强性，强化效果低于Al，但对塑性的影响小。,SnMg：主要固溶强化相，也可视为稳定元素。,CeLa：稀土元素，提高高温拉伸和热稳定性。研究热点,2008-09-09,钛合金的典型组织,5,4种基本类型,等轴组织等轴初生相和转变组织均匀分布。两相区中部加热/变形所获得的。强度、塑性、疲劳性能突出。,混合组织转变组织基体上分布有少量等轴初生相。两相区上部加热/变形获得的。兼顾强度、塑性、韧性、疲劳、蠕变,2008-09-09,钛合金的典型组织,5,4种基本类型,网篮组织原始晶粒内分布着发达的片层。晶界已被破碎，无明显晶界。相区加热/变形，两相区完成变形。,魏氏组织晶界完整，晶内存在发达的片层。晶界明显。加热和变形均在相区完成。断裂韧性和蠕变性能突出。,2008-09-09,显微组织对钛合金性能的影响,注：无影响，+性能提高，-性能降低钛合金的显微组织以和相的尺寸（细小、粗大）及排列方式（片层状、等轴状）来描述。,钛合金的典型组织,5,2008-09-09,钛合金的分类,6,2008-09-09,、+、钛合金的性能差异,注：+好，+较好，-差，-较差钛合金的性能主要取决于两相的排列方式、体积分数以及各自的性能。,钛合金类型对性能的影响,钛合金的分类,6,2008-09-09,钛合金锻造基础,7,钛合金组织与变形温度、变形程度的关系,区变形,+区变形,+区变形,2008-09-09,钛合金锻造基础,7,2008-09-09,钛合金锻造基础,7,钛合金的不同锻造工艺,2008-09-09,钛合金锻造基础,7,下料,车床上切割,砂轮切割,适于切割直径小于60mm的棒材，切割效率高，但砂片寿命较短,2008-09-09,钛合金锻造基础,7,加热,2）提高加热温度时，钛合金会与空气发生强烈反映，在还原性气氛的油炉中加热时，吸氢强烈,采用分段加热，缩短坯料高温停留时间电炉加热（或微氧化性气氛下火焰加热），炉底加垫不锈钢钢板,钛合金加热的两个特点：,1）钛低温导热率低，采用表面加热方法时，加热时间相当长,2008-09-09,钛合金锻造基础,7,润滑,在整个变形过程中能够形成牢固而连续的保护膜在加热和变形过车工中能够保护毛坯，防止氧化和气体污染具有良好的隔热性能，使毛坯从炉子转移到模具以及在变形过程中减少能量损失不与毛坯和模具的表面发生化学作用容易涂到毛坯表面，并便于使该工序机械化容易从锻件表面清除，能在较长时间保持润滑性能,模锻钛合金用润滑剂的基本要求,涂润滑剂的方法将坯料浸入悬浮液内浸涂用刷子刷到坯料表面用喷雾器喷到坯料表面,2008-09-09,钛合金锻造基础,7,锻造设备类型与应变速率的关系,平均应变速率/s-1,锻造设备,10-410-2,10-21,130,10200,慢速液压,液压,机械压力（快速）,锻锤,2008-09-09,钛合金锻造基础,7,变形量控制,变形量：钛合金的临界变形212%，实际控制应在1520%以上;变形3040%,可细化组织；6070%以上可将粗针状组织细化转变为球状组织,与热效应综合考虑,2008-09-09,钛合金锻造基础,7,清理,2008-09-09,钛合金锻造基础,7,缺陷,