Перформансе ГР5 титанијумских отковака под хидрауличном пресом и процесом ковања ковачким чекићем

Предговор

ГР5 легура титанијума има добра свеобухватна својства и може се користити у ваздухопловству, петрохемији, поморском инжењерству, транспорту и другим пољима. Са брзим развојем кинеске ваздухопловне индустрије, потражња за отковцима од легуре титанијума ГР5 се такође повећава. Стога је истраживање отковака од легуре титанијума ГР5 од великог значаја.

Ковање је посебна технологија обраде која може значајно побољшати чврстоћу и тврдоћу металних материјала. Има предности високе ефикасности производње, ниске цене производње и доброг квалитета производа. Са развојем и напретком технологије ковања, технологија ковања се такође стално развија. и савршенство.

Последњих година, отковци од легура титанијума све више се користе у ваздухопловству, а захтеви за њиховим перформансама су све већи. Како припремити висококвалитетне отковке од легуре титанијума ГР5 високих перформанси постао је хитан проблем у области ваздухопловства.

Процес производње отковака од легуре титанијума

Титанијумска легура је метални материјал са одличним свеобухватним својствима. Због своје мале густине, високе специфичне чврстоће и добре отпорности на корозију, широко се користи у ваздухопловству, поморском инжењерству и другим областима. Тренутно, производни процеси титанијумских легура углавном укључују ковање и ливење, од којих се ковање дели на хладно ковање и топло ковање.

Хладно ковање користи чекић за ковање да вертикално удари отковке од легуре титанијума на собној температури, узрокујући да метал полако и равномерно тече дуж дужине отковака, тако да формира уједначену микроструктуру унутар ковања. Предности хладног ковања су једноставна опрема, широк температурни опсег ковања, погодан за масовну производњу и ниска цена производње; недостаци су сложен процес ковања, висока отпорност на деформације и дуго време ковања.

 

Вруће ковање се односи на формирање великог броја микроструктурних и структурних дефеката, као што су мартензит, ферит итд., унутар ковања кроз вруће истискивање, изотермно ковање, изотермно нормализовање и друге процесе. Предности врућих отковака су једноставна опрема и способност да издрже велике силе деформације и температуре деформације; недостаци су дуги производни циклуси и ниска ефикасност производње.

Током процеса ковања легуре титанијума ГР5, због сопственог коефицијента топлотног ширења који се разликује од традиционалних металних материјала, има широк температурни опсег ковања и добра својства топлотне обраде.

Стога се отковци од легуре титанијума ГР5 углавном производе ковањем. Да би се обезбедио квалитет отковака од легуре титанијума ГР5, они се генерално загревају до температурног опсега процеса пре ковања помоћу пресе.

За топло ковање легура титанијума, тренутно постоје две главне методе: једна је да се ковани комад стави у пећ за грејање и загреје на температуру процеса пре ковања; други је топло ковање легуре титанијума кроз топло ковање. Међу њима, топло ковање се односи на методу у којој се легура титанијума која је загрејана на температуру процеса ставља у калуп и формира кроз калуп.

Предности топлог ковања су мала отпорност на деформацију и уједначена деформација, што може смањити унутрашње недостатке отковака и побољшати квалитет и перформансе отковака; недостатак је што захтева високу тачност димензија и тачност облика отковака.

Постоје три главне методе топлог ковања титанијумских легура: једна је континуирано ковање, које користи машине за континуирано ковање отковака, што је такође најраспрострањенија метода тренутно; други је полуконтинуирано ковање, што значи да се отковци ротирају у калупу, али не могу Континуирано ковање се изводи; трећи је слободно ковање, односно у процесу ковања се не врши ротација, али се ковање може савијати.

Организационо посматрање и анализа

Посматрајући металографску структуру отковака од легуре титанијума ГР5, може се видети да је структура грубог након ковања скоро кружни стубаст мартензит + мала количина задржаног аустенита, док је структура отковка скоро кружна стубаста мартензита + мала количина задржаног аустенита. Постоји очигледна разлика између два тела, а бланко има велико бочно скупљање након ковања, што резултира разликом у бочној величини отковака.

Током процеса ковања, услед високе температуре хидрауличне пресе, високотемпературна легура се брзо загрева до изнад 1000 степени, што резултира прекомерном брзином загревања ковања, недовољним гашењем и површинском оксидацијом.

Истовремено, превисока температура ковања такође доводи до прекомерне деформације током процеса ковања хидрауличне пресе, а оксидација и декарбонизација се јављају током накнадног загревања. Ова два разлога доводе до великих разлика у бочним димензијама отковака.

Анализа микроструктуре отковака показује да је брзина хлађења током процеса ковања релативно велика, док је брзина хлађења заливка после хидрауличког машинског ковања релативно мала. Прекомерно повећање температуре током процеса ковања доводи до великих разлика у попречним димензијама отковака. Истовремено, током процеса ковања, зрна ковања такође расту у различитом степену.

Због брзог хлађења бланка након ковања, величина зрна отковака је знатно другачија. Величина зрна отковака током процеса ковања је знатно већа од величине зрна бланка након ковања хидрауличном машином; Микроструктура настала током процеса ковања је углавном скоро кружна и стубаста. Мартензит + мала количина задржаног аустенита; током процеса ковања, зрна ковања су груба и неравномерно распоређена.

Због високе температуре ковања, легура титанијума ГР5 има високу чврстоћу и тврдоћу на собној температури, док је температура ковања прениска, што резултира недовољном способношћу пластичне деформације, недовољним гашењем и оксидацијом.

Поред тога, због високе температуре загревања хидрауличне пресе, током ковања долази до оксидације, а на површини завршног кованог бланка се појављује оксидна скала.

Експеримент са затезним својствима

На затезна својства легуре титанијума ГР5 при собној температури утичу многи фактори, укључујући састав легуре, величину зрна, брзину деформације, степен деформације итд.

Пре свега, пречник отковака је углавном мањи од пречника топло ваљаних шипки. Температура деформације је нижа током загревања ковања, а тешко је контролисати степен деформације током процеса деформације. Због тога на затезна својства отковака у великој мери утичу основни материјал и процес ковања. Под истим условима, затезна својства легуре титанијума ГР5 коване хидрауличном пресом су боља од оних кованих ковачким чекићем, али постоји кључни проблем приликом ковања ковачким чекићем - деформација врућом компресијом.

Пошто постоји одређени степен загревања и хлађења током процеса ковања хидрауличне пресе, температура деформације и брзина деформације се могу боље контролисати током топлотне обраде, чиме се обезбеђује већа пластичност. Због ниже температуре загревања и бржег хлађења током ковања чекића, пластичност отковака није тако добра као код хидрауличних отковака.

Под истим условима, ковање може значајно побољшати затезна својства легуре титанијума ГР5 више од ковања чекићем. За отковке од легуре титанијума ГР5 истих спецификација, затезна својства ковања хидрауличком пресом су боља од оних код ковања чекића; под истим условима, ковање чекићем за ковање може значајно побољшати затезна својства легуре титанијума ГР5 од ковања хидрауличком пресом.

Када је граница попуштања иста, затезна својства легуре титанијума ГР5 коване хидрауличном пресом након ковања су боља од оних легуре титанијума ГР5 коване ковањем чекићем. То је зато што хидраулички отковци за пресу имају мали унутрашњи заостали напон због фактора као што су мала деформација, ниска температура деформације и спора брзина деформације; а затезна својства легуре титанијума ГР5 коване ковачким чекићем након ковања су боља од оних након ковања хидрауличном пресом.

То је зато што се приликом ковања помоћу ковачког чекића ствара велики заостали напон током процеса ковања и куцања, што узрокује велики затезни напон унутар материјала, што резултира великом пластичном деформацијом материјала; док је при ковању хидрауличном пресом у току процеса ковања Метал је у слободно течећем стању и унутар материјала нема заосталог напрезања чиме се обезбеђује степен пластичне деформације материјала.

Анализа резултата перформанси механичких испитивања

Вредност чврстоће и издужење узорка легуре титанијума ГР5 после ковања хидрауличном пресом су веће од оних после ковања ковачким чекићем. То је зато што се велики број елемената нечистоћа производи унутар ковања током процеса ковања, а присуство ових елемената нечистоће узрокује деформацију легуре титанијума ГР5. Тешка рекристализација.

Током процеса ваљања, због великог притиска котрљања, очигледан је феномен концентрације напона. Неки елементи нечистоће се екструдирају у унутрашњост легуре титанијума ГР5 и формирају грубу фазу богату Ти на границама зрна, што узрокује производњу велике количине енергије унутар ковања. Дислокације и слободна места стварају услове за даљу деформацију легуре титанијума ГР5.

Вредност чврстоће узорка легуре титанијума ГР5 после ковања ковачким чекићем је нижа него код узорка после ковања хидрауличном пресом. То је зато што се велики број дислокација и слободних места формира унутар ковања током процеса ковања чекића, а мале честице се формирају на границама зрна. Фаза богата Ти изазива очигледну рекристализацију легуре титанијума ГР5.

Може се видети да су карактеристике лома узорка легуре титанијума ГР5 након ковања ковачким чекићем: углавном дуктилни лом, допуњен локалним кртим ломом.

Ово је због високог притиска ковања током процеса ковања чекићем, што узрокује да неки елементи нечистоће формирају грубе фазе богате Ти на границама зрна. Истовремено, велики број дислокација и слободних места се генерише током процеса ковања чекића, што изазива очигледне промене у легури титанијума ГР5. феномен рекристализације.

Због ниске температуре ковања и велике брзине ковања током ковања чекића, велики број извора пукотина, пора и других дефектних елемената се ствара унутар материјала, што резултира очигледном рекристализацијом легуре титанијума ГР5.

Изгледи примене и правац развоја

ГР5 титанијумска легура се широко користи у ваздухопловству, медицинској опреми, транспорту и другим пољима због својих одличних свеобухватних својстава. Посебно у ваздухопловству, легура титанијума ГР5 постала је главни материјал.

ГР5 легура титанијума има предности ниске густине, високе специфичне чврстоће и специфичне крутости, отпорности на високе температуре и отпорности на корозију. Широко се користи у производњи кључних структурних делова као што су ротори авиона, репови, оквири за ојачање трупа и главни и помоћни резервоари за гориво.

Пошто легура титанијума ГР5 има већу чврстоћу и пластичност на собној температури, потребно је третирање раствором током ковања да би се побољшала њена својства. Међутим, структура легуре титанијума ГР5 ће бити неравномерно распоређена током процеса ковања, а груба фаза ће се формирати током процеса хлађења, што ће резултирати смањењем механичких својстава легуре.

Да би се побољшала структура ковања легуре титанијума ГР5, тренутно постоје две најчешће коришћене методе: једна је извођење третмана чврстим раствором пре ковања, као што је ковање помоћу хидрауличке пресе; други је извођење третмана чврстим раствором током процеса ковања, као што је ковање чекићем.

У стварној производњи, због сложене опреме за процес ковања чекића, тешког рада и високих трошкова производње, ковање хидрауличке пресе врућим калупом је тренутно чешћи процес.

У поређењу са хидрауличном пресом врућим ковањем, квалитет површине отковака чекића је знатно побољшан, зрна су финија и уједначенија, а матрице за ковање великог пречника могу се користити за производњу. Међутим, производна ефикасност ковања чекића је ниска, а трошкови производње су високи. Није у потпуности заменио процес топлог ковања хидрауличком пресом.

У будућности, развојем технологије ковања чекића и истраживањем технологије и опреме ковања, може се предвидети да ће се ефикасност производње и квалитет ковачких отковака у великој мери побољшати.

У стварној производњи, с обзиром да ће се током процеса ковања стварати велика количина топлоте, силе и ударног оптерећења, неопходно је проучити утицај изотермног ковања на структуру, механичка својства и механички век отковака кроз експерименте термичке симулације и добију одговарајуће процесне параметре како би се обезбедио квалитет отковака.

Због високе ефикасности производње и ниских захтева за опремом процеса ковања чекића, у будућности можемо покушати да користимо отковке ковачких чекића за производњу кључних структурних делова у ваздухопловству и другим областима, као што су репови авиона, главни и помоћни резервоари за гориво, оквири за ојачање трупа и други кључни конструктивни делови. За неке велике отковке у општој цивилној области, због њихове велике величине, тешко их је произвести поступком ковања ковачким чекићем.

Мишљење аутора

Са развојем ваздухопловне индустрије моје земље, захтеви за квалитетом отковака од легура титанијума су све већи и већи, а процес ковања је такође један од важних фактора који утичу на квалитет отковака.

Међутим, развојем хидрауличних преса и ковачких чекића у нашој земљи, њихова примена постаје све распрострањенија. Међутим, пошто је цена ковачких чекића релативно висока, а процес ковања сложен, већина домаћих ваздухопловних компанија радије бира хидрауличне пресе за комплетирање производа. Производња, али са повећањем броја хидрауличних преса, значајно је побољшан и процес ковања и квалитет.

Истовремено, пошто се параметри ковања могу подесити према потребама током процеса ковања, процес ковања постаје све флексибилнији. Међутим, тренутно кинеска домаћа хидраулична преса технологија и опрема не могу у потпуности да испуне захтеве за отковке у области ваздухопловства. Због тога развој ваздухопловне области захтева ковање. Потреба за технологијом ће се такође повећати.

референце
1. Иао Веидонг: Истраживање процеса ковања и својства микроструктуре отковака од легуре титанијума ГР5. „Часопис Пекиншког универзитета за аеронаутику и астронаутику“, 2017,18 (01): 1036-1037.
2. Хе Ксиаолин: Истраживање понашања у топлом раду отковака од легуре титанијума током процеса ковања. „Цхина Форгинг“, 2015 (11): 59-60.
3. Веи Гуоли: Тренутна ситуација и тренд развоја производње ковања од легуре титанијума великих размера у мојој земљи. „Технологија заштите материјала“, 2018 (05): 23-26.