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钛合金自由锻造的设备及主要方式

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钛合金自由锻造的设备及主要方式

发布日期:2018-09-11 作者: 点击:

钛合金加工

钛合金是目前使用的材料中比强度较高的材料之一,具有抗腐蚀能力强、强度高、密度低、中温性能稳定等一系列优良特性,在航空航天工业、生物医药、石油工业以及原子能等高技术领域有着广泛应用。在钛及钛合金的热加工过程中,自由锻造成为主要加工手段之一。文章以钛及钛合金棒材为讨论对象,自由锻造可加工成品棒材,也可加工中间工序的坯料。作为中间坯料,则是为后续加工如锻造、轧制提供一定形状、一定尺寸、一定组织和性能的材料。对于成品,不但要严格控制材料的组织、性能,同时,尺寸、表面质量均应满足要求,其中任一项不合格均不能交货。在实际生产过程中,如何采取正确的工艺路线,合理的锻造方式以保证材料的组织性能和表面质量,尤其防止锻件因组织而性能不达标或者表面出现较深的裂纹、折叠等造成尺寸超差,成为工程技术人员研究的课题之一。


钛合金自由锻造的设备及主要方式


在目前的实际生产中,自由锻造常用的加热炉有煤炉,天然气炉,电炉等。铸锭开坯常用前两种加热炉。因为电炉加热温度易控制,精确度较高(一般±10℃),且污染程度小,成品前的加热一般都要用电炉。锻造设备有锻锤、水压机、快锻机等。自由锻造钛及钛合金棒材的基本方式为拔长、镦粗,或者采用拔长、镦粗相结合的方式。当然,对于小规格的如Φ12、Φ20等的棒材要采用轧制,对此文章不作讨论。


1 拔长

  金属的塑性变形遵循体积不变规则和小阻力规则。拔长时坯料长度变长,横截面积变小,其过程大体分为拔方、倒棱、滚圆三步。拔长时,送进量不能太大,一般应小于坯料宽度,这时,金属沿坯料的纵向流动大于横向流动,反之,则金属沿坯料的横向流动大于纵向流动,降低了拔长效率。同时,单边压下量应等于或小于送进量,否则会产生折叠。而且锻锤上下砧的边缘应倒成圆角,否则也会产生折叠。在倒棱时,锻锤的击打力应轻些,以免坯料中心及端头出现裂纹,而且倒棱应及时,否则由于棱角温度降低较快,易在棱角产生裂纹。锻件开始锻造时,由于出炉周转造成温降,此时应轻锤快打,等温度上升后,应重锤慢打,在锻制后期由于温降较大,又要轻锤快打,否则锻件表面易开裂,甚至产生内裂纹。

  在实际钛合金加工生产中,也可通过改变应力状态来改变材料的可锻性。如用平砧拔长时,可将下砧改用V型砧,由于坯料侧面压应力的作用,减小了毛坯心部的拉应力,可避免裂纹的产生。


2 镦粗

  镦粗时坯料高度变小,横截面积变大。当变形量较大时,较之拔长更能击碎坯料中心部位的树枝晶、偏析等缺陷,达到改善组织的目的。镦粗时,锻件轴向受压应力,但与轴线成45度角方向有较大切应力,故沿此方向易产生斜裂。有时候,由于拉应力还会产生纵向开裂。当镦粗比H0/D0(即坯料高度与直径的比值)=3时,若锤击力不足,坯料两端会产生双鼓形,此时应先滚圆,若继续压下,就会产生夹层。有时,为使端面平齐,锤头下压的同时,坯料还要在水平方向适当旋转。当H0/D0>3时,会产生纵向弯曲,应先校直后再镦粗。一般情况下,在镦粗过程中,应H0/D0<3,在2―2.2范围内为好。


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