ตัวอย่างการวิเคราะห์และการประยุกต์ใช้กระบวนการตีโลหะผสมไทเทเนียมในอุตสาหกรรมการบิน

ตัวอย่างการวิเคราะห์และการประยุกต์ใช้กระบวนการตีโลหะผสมไทเทเนียมในอุตสาหกรรมการบิน

สรุป: โดยส่วนใหญ่จะแนะนำโลหะผสมไทเทเนียมและเทคโนโลยีการปลอม โดยนำข้อบกพร่องของการตีขึ้นรูปของการตีขึ้นรูป TC4 ที่พบในการผลิตการบินและกระบวนการปรับปรุงกระบวนการเป็นตัวอย่าง โดยจะวิเคราะห์ลักษณะกระบวนการของการตีโลหะผสมไทเทเนียม รวมถึงการประยุกต์ใช้และแนวโน้มการพัฒนาในอุตสาหกรรมการบิน

1. ภาพรวม

ด้วยการพัฒนาอย่างมากของเศรษฐกิจและวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของประเทศของเรา อุตสาหกรรมการบินและอวกาศและการบินได้เปิดโอกาสในการพัฒนาใหม่ ๆ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากการจัดตั้งโครงการ "เครื่องบินขนาดใหญ่" ระดับชาติ อุตสาหกรรมการผลิตการบินพลเรือนจะกลายเป็น จุดเติบโตทางเศรษฐกิจใหม่นำไปสู่การพัฒนาเศรษฐกิจของประเทศโดยมีโอกาสในการพัฒนาในวงกว้าง เพื่อที่จะปรับปรุงขั้นสูงความน่าเชื่อถือและการบังคับใช้ของเครื่องบินอย่างต่อเนื่องและเพิ่มความสามารถในการแข่งขันในตลาดต่างประเทศของเครื่องบินในประเทศองค์กรการผลิตการบินพลเรือนจึงมีข้อกำหนดที่สูงขึ้นและสูงขึ้นสำหรับ การเลือกใช้วัสดุการผลิตการบิน ลักษณะสำคัญของโลหะผสมไททาเนียมคือความถ่วงจำเพาะต่ำ มีความแข็งแรงสูง ทนความร้อนและการกัดกร่อนได้ดี มันกลายเป็นวัสดุหลักที่เลือกใช้สำหรับส่วนประกอบกำลังของเครื่องบินสมัยใหม่ ซึ่งช่วยลดน้ำหนักของเครื่องบินได้อย่างมาก โดยในจำนวนนี้ TC4 (Ti-6AL-4V) และโลหะผสมไทเทเนียม TB6 ถูกนำมาใช้ในการบินมากกว่า การผลิต.

2. การจำแนกประเภทของโลหะผสมไทเทเนียมและกระบวนการตีขึ้นรูป

ตามโครงสร้างจุลภาคที่อุณหภูมิห้อง โลหะผสมไททาเนียมสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: -ประเภทโลหะผสม, + -ประเภทโลหะผสม และ -ประเภทโลหะผสม ในหมู่พวกเขา เทอร์โมพลาสติกของโลหะผสมประเภท + - มีความสัมพันธ์เพียงเล็กน้อยกับความเร็วในการเปลี่ยนรูป ในขณะที่โลหะผสมประเภทมีความอ่อนตัวได้ดี แต่อุณหภูมิที่ต่ำเกินไปอาจทำให้เกิดการตกตะกอนในเฟส กระบวนการตีโลหะผสมไทเทเนียมแบ่งออกเป็นแบบธรรมดา การตีขึ้นรูปและการตีที่อุณหภูมิสูงตามความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิการตีและอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลง

2.1 การตีโลหะผสมไทเทเนียมแบบธรรมดา

โลหะผสมไททาเนียมที่มีรูปร่างผิดปกติที่ใช้กันทั่วไปมักจะถูกหลอมที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่าน ซึ่งเรียกว่าการปลอมแบบธรรมดา ตามอุณหภูมิความร้อนของช่องว่างในโซนเฟส ( + ) ก็สามารถแบ่งย่อยเป็นการปลอมในโซนสองเฟสด้านบนและการปลอม ในเขตสองเฟสตอนล่าง.?

2.1.1 การตีในโซนสองเฟสล่าง

โดยทั่วไปการตีขึ้นรูปในโซนสองเฟสตอนล่างจะได้รับความร้อนและการตีที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่าน 40~50 องศา ในเวลานี้ ระยะตั้งไข่และมีส่วนร่วมในการเปลี่ยนรูปในเวลาเดียวกัน ยิ่งอุณหภูมิการเปลี่ยนรูปต่ำลง จำนวนเฟสที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนรูปก็จะมากขึ้น เมื่อเทียบกับการเปลี่ยนรูปของภูมิภาค กระบวนการตกผลึกใหม่ของเฟสในส่วนล่าง ภูมิภาคสองเฟสถูกเร่งอย่างรวดเร็ว ธัญพืชใหม่ที่เกิดขึ้นจากการตกผลึกซ้ำไม่เพียงแต่ตกตะกอนตามขอบเขตของเกรนเดิมที่ผิดรูปเท่านั้น แต่ยังปรากฏในชั้นกลางระหว่างขอบเขตของเกรนและชั้นแผ่นอีกด้วย การตีขึ้นรูปที่ผลิตโดยกระบวนการนี้มีความแข็งแรงสูงและมีความยืดหยุ่นดี แต่มีความเหนียวแตกหักและ คุณสมบัติการคืบยังคงมีศักยภาพที่ดี

2.1.2 การตีในโซนสองเฟสบน

มันถูกปลอมแปลงที่อุณหภูมิ 10-15 องศาต่ำกว่าจุดเปลี่ยนเฟส / ( + ) เนื้อเยื่อสุดท้ายหลังจากการเสียรูปประกอบด้วยเนื้อเยื่อที่เปลี่ยนรูปมากขึ้น ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการคืบและความเหนียวแตกหักของเนื้อเยื่อ สามารถรวมความเป็นพลาสติก ความแข็งแรง และความเหนียวของโลหะผสมไททาเนียมได้

2.2 การตีโลหะผสมไททาเนียมที่อุณหภูมิสูง

หรือที่เรียกว่า " การตีขึ้นรูป" แบ่งออกเป็นสองประเภท ประเภทแรกคือวิธีกระบวนการในการให้ความร้อนแก่ช่องว่างในโซน การเริ่มต้นและเสร็จสิ้นการตีขึ้นรูปในโซน; วิธีที่สองคือวิธีการทำความร้อนช่องว่างในโซน เริ่มต้นการตีขึ้นรูปในโซน และควบคุมการเสียรูปจำนวนมากเพื่อให้การตีขึ้นรูปเสร็จสมบูรณ์ในโซนสองเฟส เรียกว่า "การตีขึ้นรูปย่อย" เมื่อเทียบกับ การตีขึ้นรูปสองเฟส การตีขึ้นรูปสามารถรับความแข็งแรงของการคืบและความเหนียวแตกหักที่สูงขึ้น ซึ่งเอื้อต่อการปรับปรุงคุณสมบัติความล้าของโลหะผสมไทเทเนียม

2.3 การตีขึ้นรูปด้วยความร้อนคงที่ของโลหะผสมไททาเนียม

กระบวนการประเภทนี้ใช้กลไกความเป็นพลาสติกยิ่งยวดและการคืบของวัสดุเพื่อสร้างการตีขึ้นรูปที่ซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งต้องใช้การอุ่นแม่พิมพ์และบำรุงรักษาแม่พิมพ์ในช่วง 760~980 องศา เครื่องอัดไฮดรอลิกจะใช้แรงดันตามค่าที่กำหนดไว้ และความเร็วในการทำงานของแท่นจะถูกปรับโดยอัตโนมัติโดยความต้านทานการเสียรูปของช่องว่าง เนื่องจากแม่พิมพ์ถูกให้ความร้อน จึงไม่จำเป็นต้องใช้ลำแสงที่สามารถเคลื่อนย้ายได้เร็วเช่นนี้เพื่อหลีกเลี่ยงการระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว การตีขึ้นรูปจำนวนมากที่ใช้ในเครื่องบินมีลักษณะเป็นผนังบางและมีซี่โครงสูง ดังนั้นจึงมีการใช้กระบวนการประเภทนี้ในการผลิตการบิน เช่น กระบวนการตีขึ้นรูปแบบแม่นยำด้วยความร้อนคงที่ของโลหะผสมไทเทเนียม TB6 ของเครื่องบินในประเทศบางประเภท

3. การวิเคราะห์ข้อบกพร่องและการปรับปรุงกระบวนการของการตีขึ้นรูป TC4

3.1 การเกิดขึ้นและการวิเคราะห์ข้อบกพร่องในการตีขึ้นรูป TC4

เมื่อโรงงานดำเนินการทดลองผลิตเหล็กตีขึ้นรูป TC4 ตามสัญญาณบีคอน พบว่าตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลายประการของการตีขึ้นรูปนั้นไม่มีคุณสมบัติเหมาะสม โดยดัชนี "รอยบากความเครียดแตกหัก" น้อยกว่า 5 ชั่วโมง เมื่อพิจารณาถึงปัญหานี้ ควรวิเคราะห์โครงสร้างทางโลหะวิทยาของ TC4 ก่อน จากนั้นจึงควรหาเหตุผลจากกระบวนการตีขึ้นรูป

3.1.1 ลักษณะทางสัณฐานวิทยาขององค์กรทางโลหะวิทยาของ TC4

โลหะผสมไทเทเนียม TC4 เป็นโลหะผสม + ไทเทเนียม องค์ประกอบคือ Ti―6AL-4V โครงสร้างอบอ่อนคือ + เฟส ซึ่งมีอะลูมิเนียมธาตุที่มีความเสถียร 6? ช่วยเพิ่มความแข็งแรงของเฟสผ่านการเสริมความแข็งแกร่งด้วยการหลอมเหลว และ วานาเดียมมีความสามารถน้อยกว่าในการรักษาเสถียรภาพของเฟส ดังนั้นจำนวนเฟสในเนื้อเยื่ออบอ่อนจึงมีน้อย ซึ่งคิดเป็นประมาณ 7-10?

ภายใต้เงื่อนไขการบำบัดความร้อนและการประมวลผลด้วยความร้อนที่แตกต่างกัน สัดส่วน คุณสมบัติ และสัณฐานวิทยาของเฟสพื้นฐานและโลหะผสม TC4 จะแตกต่างกันมาก อุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงของโลหะผสม TC4 อยู่ที่ประมาณ 1,000 องศา หาก TC4 ถูกให้ความร้อนถึง 950 องศา เนื้อเยื่อที่เกิดขึ้นหลังจากการระบายความร้อนด้วยอากาศจะเป็นเนื้อเยื่อตั้งไข่ + เนื้อเยื่อเปลี่ยนผ่าน หากถูกความร้อนถึง 1100 องศาและระบายความร้อนด้วยอากาศจะได้เนื้อเยื่อเฟสที่หนาและเปลี่ยนรูปอย่างสมบูรณ์ซึ่งเรียกว่าเนื้อเยื่อของ Wei หากการให้ความร้อนและการเสียรูปเกิดขึ้นในเวลาเดียวกันผลที่ได้จะชัดเจนยิ่งขึ้น โลหะผสม TC4 ถูกให้ความร้อนเหนืออุณหภูมิการเปลี่ยนผ่าน แต่การเสียรูปมีขนาดเล็กและเนื้อเยื่อของ Wei ถูกสร้างขึ้น ลักษณะองค์กรคือ: มีความยืดหยุ่นต่ำและมีความเหนียวต่อแรงกระแทก แต่มีความต้านทานการคืบคลานที่ดี หากอุณหภูมิการเปลี่ยนรูปเริ่มต้นสูงกว่าการเปลี่ยนแปลง แต่ ระดับของการเสียรูปมีขนาดใหญ่พอลักษณะของเนื้อเยื่อที่เกิดขึ้นคือ: ส่วนขอบเขตของเกรนที่ดึงโดยเฟสถูกบดขยี้และส่วนเฟสที่เป็นลายจะบิดเบี้ยวซึ่งเรียกว่าเนื้อเยื่อคล้ายตาข่ายมันมีลักษณะเป็นพลาสติกและผลกระทบที่ดีกว่า ความแข็งแกร่งกว่าองค์กรของ Wei ซึ่งคล้ายกับองค์กรคริสตัลละเอียดมีมิติเท่ากัน อุณหภูมิสูงที่ยาวนาน และประสิทธิภาพการคืบที่ดี หากอุณหภูมิความร้อนต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงและระดับของการเสียรูปเพียงพอ จะได้โครงสร้างมีมิติเท่ากัน มันเป็นลักษณะโดย ประสิทธิภาพโดยรวมที่ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเป็นพลาสติกสูงและความทนทานต่อแรงกระแทก หากส่วนที่อุณหภูมิสูงของบริเวณเฟส + มีรูปร่างผิดปกติแล้วจึงอบอ่อนที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างโครงสร้างแบบผสม ประสิทธิภาพโดยรวมจะดี

จากการวิเคราะห์ขององค์กรด้านโลหะวิทยาข้างต้น สามารถตัดสินได้ว่าหากประสิทธิภาพของ TC4 ลดลง อาจเกิดจากการเชื่อมโยงสองประการในกระบวนการหลอม:

1 อุณหภูมิความร้อนสูงเกินไปถึงหรือเกินอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลง

2. ระดับการเสียรูปของการตีขึ้นรูปไม่ใหญ่พอ

3.1.2 การวิเคราะห์กระบวนการตีขึ้นรูป TC4

อิทธิพลของอุณหภูมิการตีขึ้นรูปต่อขนาดเกรนและคุณสมบัติอุณหภูมิห้องของ + โลหะผสมไททาเนียมคือ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น (เหนือการเปลี่ยนเฟส) เกรนจะมีขนาดใหญ่ขึ้น ในขณะที่การยืดตัวและการหดตัวของหน้าตัดจะเล็กลง และความเป็นพลาสติกจะลดลง ; เพื่อให้มั่นใจว่าการตีขึ้นรูป TC4 มีประสิทธิภาพโดยรวมที่ดี ควรทำการตีขึ้นรูปที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่าน โลหะผสมไทเทเนียมมีความต้านทานการเสียรูปสูง แต่มีการนำความร้อนต่ำ ในระหว่างการตีขึ้นรูปภายใต้การไหลที่รุนแรงของโลหะผสมและการตอกหนัก การเสียรูปอาจทำให้อุณหภูมิของแต่ละส่วนของการตีเกินอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลง และระดับของการเสียรูปมีขนาดใหญ่เกินไป เล็กเกินไป และปัจจัยอื่น ๆ จะทำให้เมล็ดข้าว มีความหนาซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพลดลง จากข้อมูลข้างต้นสามารถระบุได้ในเบื้องต้นว่าสาเหตุของการตีขึ้นรูป TC4 ต่ำกว่ามาตรฐานอาจมีสาเหตุมาจาก:

1) อุณหภูมิของแบทช์ของช่องว่างปลอมแปลงสูงเกินไปเมื่อถูกความร้อน เกินจุดเปลี่ยน

2) เมื่อค้อนตัวเดียวหนักเกินไปในระหว่างการตี ระดับของการเปลี่ยนรูปของค้อนตัวเดียวนั้นใหญ่เกินไป ทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่น การรวมตัว และการตกผลึกใหม่ และประสิทธิภาพจะลดลง

3. อุณหภูมิในการอบชุบหลังจากการตีขึ้นรูปสูงเกินไป ดังนั้นอุณหภูมิของการตีขึ้นรูป TC4 เกินจุดเปลี่ยน ก่อตัวเป็นเนื้อเยื่อของ Wei และลดประสิทธิภาพของการตีขึ้นรูป

3.2 การเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์กระบวนการปลอม TC4 และผลการทดสอบ

3.2.1 การเลือกและผลลัพธ์ของพารามิเตอร์ทดสอบ

จากการวิเคราะห์ข้างต้น ให้เปลี่ยนพารามิเตอร์กระบวนการตีขึ้นรูป TC4 (ตารางที่ 1) และให้ความสนใจกับการตีขึ้นรูปที่เบาและรวดเร็วเมื่อทำการปลอมในเวลาเดียวกัน (หมายเหตุ: ขนาดการตัด ￠ 50 × 113 ขนาดการตีขึ้นรูป 50 × 65 × 65)

ผลการทดสอบ: ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพทั้งหมดผ่านการรับรอง โดยดัชนี "การแตกหักของรอยบาก" มีค่ามากกว่า 5 ชั่วโมง

3.2.2 การวิเคราะห์ผลการทดสอบ

(1) เมื่อพิจารณาจากอุณหภูมิเตาเผาและอุณหภูมิการตีเริ่มต้น อุณหภูมิความร้อนไม่สูงเกินไป แม้ว่าจะเกิน 20 องศา แต่ชิ้นส่วนที่ผ่านการรับรองก็ยังสามารถปลอมแปลงได้

(2) ในการทดสอบ มีการใช้ค้อนทุบเพียงครั้งเดียวเพื่อตีหมัดเร็วเบา ๆ และประสิทธิภาพของการทดสอบตีขึ้นรูปนั้นได้มาตรฐาน ซึ่งพิสูจน์ได้ว่าหมัดเบาและหมัดเร็วเป็นปัจจัยสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของ การตีขึ้นรูป

(3) อุณหภูมิการอบชุบหลังการตีจะต่ำกว่าพารามิเตอร์เดิม 20 องศา ซึ่งอาจเป็นปัจจัยในการปรับปรุงประสิทธิภาพด้วย เนื่องจากจากมุมมองของอุณหภูมิ หากอุณหภูมิเตาเผาถึง 795 องศาเนื่องจากการเบี่ยงเบนการควบคุมอุณหภูมิ ซึ่งเกินระดับ 780 ที่ระบุไว้ในคู่มือการผลิต ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพของการตีขึ้นรูปลดลง

3.2.3 การตรวจสอบและการสรุปผลการทดสอบ

เพื่อตรวจสอบผลการทดสอบเพิ่มเติม ได้ทำการทดสอบร่วมกับการผลิต (ตารางที่ 2) และยังคงรักษาวิธีการตีแบบเบาและรวดเร็วในระหว่างการตอก ผลลัพธ์ก็คือการตีขึ้นรูปทั้งหมดผ่านการทดสอบ และดัชนี "การแตกหักของรอยบาก" นั้นมากกว่า 5 ชั่วโมง

สมบัติเชิงกลของการตีขึ้นรูปโลหะผสมไทเทเนียม TC4 ก่อนและหลังการทดสอบแสดงไว้ข้างต้น (ตารางที่ 3) ผ่านการทดสอบสรุปได้ว่าเมื่อผลิตการตีขึ้นรูปโลหะผสมไทเทเนียม TC4 พารามิเตอร์กระบวนการของการตีขึ้นรูปควรได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด ประการแรก ให้ความสนใจกับการตีขึ้นรูปที่เบาและรวดเร็วในการตีเพื่อลดการเสียรูปของค้อนเดี่ยว และประการที่สอง ค่าทางทฤษฎีของอุณหภูมิการรักษาความร้อนหลังจากการปลอมควรตั้งค่าในช่วง 760~770 องศา ดังนั้น เพื่อให้มั่นใจถึงคุณภาพการตีขึ้นรูปของการตีขึ้นรูป TC4

3. แนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยีการตีโลหะผสมไทเทเนียม

กระบวนการตีโลหะผสมไทเทเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบินและการบินและอวกาศ กระบวนการตีขึ้นรูปด้วยอุณหภูมิคงที่ถูกนำมาใช้ในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องยนต์และชิ้นส่วนโครงสร้างของเครื่องบิน และยังได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ ในอุตสาหกรรมยานยนต์ พลังงานไฟฟ้า และกองทัพเรือ ยินดีต้อนรับ ในต่างประเทศการประยุกต์ใช้โลหะผสมไทเทเนียมได้รับการพัฒนาไปสู่ระดับที่สูงมาก และการประยุกต์ใช้โลหะผสม TiAL ที่มีอุณหภูมิสูงและสารประกอบระหว่างโลหะนั้นได้รับการยกย่องจากผู้คนและมีการวิจัยจำนวนมาก เพื่อที่จะใช้วัสดุเหล่านี้ได้ดียิ่งขึ้น ในเวลาเดียวกัน ได้มีการศึกษามากมายเกี่ยวกับเทคโนโลยีการเปลี่ยนรูป ผู้คนยังให้ความสนใจกับการวิจัยเกี่ยวกับโลหะผสมไทเทเนียมย่อยที่มีความแข็งแรงสูงมากขึ้นเรื่อย ๆ การใช้โลหะผสมไทเทเนียมและ การวิจัยเทคโนโลยีการปลอมจะยังคงเป็นประเด็นร้อน