أمثلة تحليلية وتطبيقية لعملية تزوير سبائك التيتانيوم في صناعة الطيران

أمثلة تحليلية وتطبيقية لعملية تزوير سبائك التيتانيوم في صناعة الطيران

ملخص: يقدم بشكل أساسي تكنولوجيا سبائك التيتانيوم والتزوير. وبأخذ عيوب المطروقات TC4 الموجودة في إنتاج الطيران وعملية تحسين العملية كمثال، فإنه يحلل خصائص عملية تزوير سبائك التيتانيوم وتطبيقها وآفاق تطويرها في صناعة الطيران.

1. نظرة عامة

مع التطور الكبير للاقتصاد الوطني والعلوم والتكنولوجيا في بلادنا، بشرت صناعات الطيران والفضاء بفرص تنمية جديدة في السنوات الأخيرة، خاصة بعد إنشاء مشروع "الطائرات الكبيرة" الوطني، ستصبح صناعة تصنيع الطيران المدني نقطة نمو اقتصادي جديدة تقود التنمية الاقتصادية الوطنية، مع آفاق واسعة للتنمية. من أجل التحسين المستمر للطائرات المتقدمة والموثوقية وقابلية التطبيق وزيادة القدرة التنافسية في السوق الدولية للطائرات المحلية، لدى شركات تصنيع الطيران المدني متطلبات أعلى وأعلى ل اختيار مواد تصنيع الطيران؛ الخصائص الرئيسية لسبائك التيتانيوم هي جاذبيتها النوعية الصغيرة، وقوتها العالية، ومقاومة جيدة للحرارة ومقاومة للتآكل. لقد أصبحت المادة الرئيسية المفضلة لمكونات قوة الطائرات الحديثة، مما يقلل بشكل كبير من وزن الطائرة، ومن بينها TC4 (Ti-6AL-4V) وسبائك التيتانيوم TB6 الأكثر استخدامًا في الطيران تصنيع.

2. تصنيف سبائك التيتانيوم وعمليات الحدادة

وفقًا للبنية المجهرية في درجة حرارة الغرفة، يمكن تقسيم سبائك التيتانيوم إلى ثلاثة أنواع: سبائك من النوع، + -سبائك من النوع، وسبائك من النوع. من بينها، اللدائن الحرارية للسبائك من النوع + - لها علاقة قليلة مع سرعة التشوه، بينما تتمتع السبائك من النوع بقابلية جيدة للطرق، ولكن درجة الحرارة المنخفضة جدًا قد تسبب ترسيبًا طوريًا. وتنقسم عملية تشكيل سبائك التيتانيوم إلى تقليدية تزوير وتزوير درجة حرارة عالية وفقا للعلاقة بين درجة حرارة تزوير ودرجة حرارة التحول.

2.1 تزوير سبائك التيتانيوم التقليدية

عادةً ما يتم تزوير سبائك التيتانيوم المشوهة شائعة الاستخدام تحت درجة حرارة الانتقال، وهو ما يسمى بالتزوير التقليدي. وفقًا لدرجة حرارة تسخين الفراغ في منطقة الطور (+)، يمكن تقسيمها إلى تزوير في المنطقة العلوية ثنائية الطور وتزوير في المنطقة السفلية ذات المرحلتين.?

2.1.1 تزوير في المنطقة السفلية ذات المرحلتين

يتم تسخين الطرق في المنطقة السفلية ذات الطورين بشكل عام ويتم تزويره عند درجة حرارة تتراوح بين 40 إلى 50 درجة تحت درجة حرارة التحول. في هذا الوقت، المرحلة الوليدة وتشارك في التشوه في نفس الوقت. كلما انخفضت درجة حرارة التشوه، زاد عدد المراحل المشاركة في التشوه. وبالمقارنة مع تشوه المنطقة، فإن عملية إعادة بلورة الطور في الجزء السفلي يتم تسريع المنطقة على مرحلتين بشكل حاد. الحبوب الجديدة المتكونة عن طريق إعادة البلورة لا تترسب فقط على طول حدود الحبوب الأصلية المشوهة، ولكنها تظهر أيضًا في الطبقة المتوسطة بين حدود الحبوب وطبقة الصفائح. تتميز المطروقات التي تنتجها هذه العملية بقوة عالية ولدونة جيدة، ولكن صلابتها عند الكسر و خصائص الزحف لا تزال لديها إمكانات كبيرة.

2.1.2 تزوير في المنطقة العلوية ذات المرحلتين

يتم تشكيله عند درجة حرارة 10-15 درجة تحت نقطة انتقال المرحلة /( +). يحتوي النسيج النهائي بعد التشوه على المزيد من الأنسجة المتحولة، والتي يمكن أن تحسن أداء الزحف وصلابة الأنسجة عند الكسر؛ يمكن الجمع بين اللدونة والقوة والمتانة لسبائك التيتانيوم.

2.2 تزوير درجة حرارة عالية من سبائك التيتانيوم

يُعرف أيضًا باسم "التزوير"، وينقسم إلى نوعين: الأول هو طريقة عملية تسخين الفراغ في المنطقة، وبدء واستكمال الحدادة في المنطقة؛ والثاني هو طريقة المعالجة لتسخين المادة الفارغة في المنطقة، وبدء الحدادة في المنطقة، والتحكم في كمية كبيرة من التشوه لإكمال الحدادة في المنطقة ذات المرحلتين، والتي يشار إليها باسم "التزوير الفرعي". مقارنة مع تزوير المنطقة على مرحلتين، يمكن للتزوير الحصول على قوة زحف أعلى وصلابة للكسر، وهو ما يفضي أيضًا إلى تحسين خصائص التعب لسبائك التيتانيوم.

2.3 تزوير متساوي الحرارة لسبائك التيتانيوم

يستخدم هذا النوع من العمليات آلية اللدونة الفائقة والزحف للمادة لإنتاج مطروقات أكثر تعقيدًا، الأمر الذي يتطلب تسخين القالب مسبقًا وصيانته في نطاق 760 ~ 980 درجة؛ تطبق المكبس الهيدروليكي الضغط بقيمة محددة مسبقًا، ويتم ضبط سرعة عمل المكبس تلقائيًا عن طريق مقاومة التشوه للفراغ. نظرًا لتسخين القالب، ليست هناك حاجة لاستخدام مثل هذا الشعاع المتحرك السريع لتجنب التبريد السريع. تتميز العديد من المطروقات المستخدمة في الطائرات بخصائص الجدران الرقيقة والأضلاع العالية، لذلك تم تطبيق هذا النوع من العمليات في صناعة الطيران، مثل عملية التشكيل الدقيق للقالب متساوي الحرارة لسبائك التيتانيوم TB6 لنوع معين من الطائرات المحلية.

3. تحليل العيوب وتحسين عملية المطروقات TC4

3.1 حدوث وتحليل العيوب في المطروقات TC4

عندما أجرى أحد المصانع الإنتاج التجريبي للمطروقات TC4 وفقًا للمرشد، تم اكتشاف أن العديد من مؤشرات الأداء للمطروقات غير مؤهلة. ومن بينها أن مؤشر "كسر إجهاد الشق" كان أقل من 5 ساعات. في ضوء هذه المشكلة، يجب أولاً تحليل البنية المعدنية لـ TC4، ومن ثم يجب العثور على السبب من خلال عملية الحدادة.

3.1.1 الخصائص المورفولوجية للتنظيم المعدني لـ TC4

سبائك التيتانيوم TC4 عبارة عن سبيكة تيتانيوم +، والتركيبة هي Ti―6AL-4V، والهيكل الملدن هو + طور، ويحتوي على 6?الألومنيوم العنصري المستقر يعمل على تحسين قوة الطور من خلال تقوية الذوبان الصلب، و يتمتع الفاناديوم بقدرة أصغر على تثبيت الطور. ولذلك، فإن عدد -الأطوار في الأنسجة الملدنة صغير، وهو ما يمثل حوالي 7-10؟.

في ظل ظروف المعالجة الحرارية والمعالجة الحرارية المختلفة، تختلف نسب وخصائص وتشكل المراحل الأساسية وسبائك TC4 اختلافًا كبيرًا. تبلغ درجة حرارة الانتقال لسبائك TC4 حوالي 1000 درجة. إذا تم تسخين TC4 إلى 950 درجة، فإن الأنسجة الناتجة بعد تبريد الهواء تكون ناشئة + أنسجة انتقالية؛ إذا تم تسخينه إلى 1100 درجة وتبريده بالهواء، يتم الحصول على نسيج طور سميك ومتحول بالكامل، وهو ما يسمى نسيج وي. إذا كان التسخين والتشوه يعملان في نفس الوقت، يكون التأثير أكثر وضوحًا. يتم تسخين سبيكة TC4 فوق درجة حرارة الانتقال، ولكن التشوه صغير، ويتم تشكيل أنسجة وي. خصائصها التنظيمية هي: اللدونة المنخفضة وصلابة التأثير، ولكن مقاومة جيدة للزحف. إذا كانت درجة حرارة التشوه الأولية أعلى من التحول، ولكن درجة التشوه كبيرة بما فيه الكفاية، وخصائص الأنسجة الناتجة هي: يتم سحق الجزء الحدودي الحبيبي المرسوم بواسطة الطور، ويتم تشويه جزء الطور المخطط، وهو ما يسمى الأنسجة الشبيهة بالشبكة. ويتميز بمرونة وتأثير أفضل صلابة من منظمة Wei، على غرار التنظيم البلوري الدقيق متساوي القياس، ودرجة حرارة عالية طويلة الأمد وأداء زحف جيد. إذا كانت درجة حرارة التسخين أقل من درجة حرارة الانتقال وكانت درجة التشوه كافية، فسيتم الحصول على هيكل متساوي القياس. ويتميز بـ أداء عام جيد، وخاصة اللدونة العالية وصلابة التأثير. إذا تم تشويه الجزء ذو درجة الحرارة العالية من منطقة الطور + ثم صلب عند درجة حرارة عالية لتشكيل هيكل مختلط، فإن أدائه العام جيد.

من التحليل أعلاه لتنظيم دراسة المعادن، يمكن الحكم على أنه إذا انخفض أداء TC4، فقد يكون ذلك بسبب رابطين في عملية الحدادة.:

①درجة حرارة التسخين مرتفعة جدًا، حيث تصل إلى درجة الحرارة الانتقالية أو تتجاوزها؛

②درجة تشوه المطروقات ليست كبيرة بما فيه الكفاية.

3.1.2 تحليل عملية تزوير TC4

إن تأثير درجة حرارة الحدادة على حجم الحبيبات وخصائص درجة حرارة الغرفة لسبائك التيتانيوم + هو أنه مع زيادة درجة الحرارة (فوق انتقال الطور)، تصبح الحبيبات أكبر، في حين يصبح الاستطالة وانكماش المقطع العرضي أصغر، وتقل اللدونة ; من أجل ضمان أن تتمتع المطروقات TC4 بأداء عام جيد، يجب أن يتم تزويرها تحت درجة حرارة التحول. تتمتع سبائك التيتانيوم بمقاومة عالية للتشوه، ولكن الموصلية الحرارية ضعيفة. أثناء الحدادة، تحت التدفق العنيف للسبائك والطرق الثقيل، قد يتسبب التشوه في تجاوز درجة حرارة الأجزاء الفردية من الحدادة لدرجة حرارة التحول، وتكون درجة التشوه كبيرة جدًا وصغيرة جدًا وستتسبب عوامل أخرى في الحبوب أن تكون سميكة، مما سيؤدي إلى تقليل الأداء. بناءً على ما سبق، يمكن تحديد مبدئي أن أسباب الأداء دون المستوى المطلوب لمطروقات TC4 قد تكون ناجمة.:

①درجة حرارة مجموعة الفراغات المطروقة مرتفعة جدًا عند تسخينها، وتتجاوز نقطة التحول؛

②عندما تكون المطرقة المفردة ثقيلة جدًا أثناء الحدادة، تكون درجة تشوه المطرقة المفردة كبيرة جدًا، مما يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة المحلية والتجميع وإعادة البلورة، ويتدهور الأداء.

③درجة حرارة المعالجة الحرارية بعد تزوير مرتفعة للغاية، بحيث تتجاوز درجة حرارة تزوير TC4 نقطة التحول، وتشكيل أنسجة وي وتقليل أداء تزوير.

3.2 تغييرات معلمات عملية تزوير TC4 ونتائج الاختبار

3.2.1 اختيار ونتائج معلمات الاختبار

في ضوء التحليل أعلاه، قم بتغيير معلمات عملية الحدادة TC4 (الجدول 1) وانتبه إلى الحدادة الخفيفة والسريعة عند الحدادة في نفس الوقت. (ملاحظة: حجم القطع ￠50×113، حجم الحدادة 50×65×65)

نتائج الاختبار: جميع مؤشرات الأداء مؤهلة، ومن بينها مؤشر "كسر إجهاد الشق" أكبر من 5 ساعات.

3.2.2 تحليل نتائج الاختبار

(1) انطلاقًا من درجة حرارة الفرن ودرجة حرارة الحدادة الأولية، فإن درجة حرارة التسخين ليست عالية جدًا، حتى لو تجاوزت 20 درجة، فلا يزال من الممكن تزوير الأجزاء المؤهلة.

(2) في الاختبار، تم استخدام ضربة مطرقة واحدة لضرب اللكمة السريعة بخفة، وكان أداء مطروقات الاختبار يصل إلى المستوى القياسي، مما يثبت أن اللكمة الخفيفة واللكمة السريعة كانت عاملاً مهمًا في تحسين أداء المطروقات. المطروقات.

(3) درجة حرارة المعالجة الحرارية بعد التزوير أقل بـ 20 درجة من المعلمة الأصلية، والتي قد تكون أيضًا عاملاً في تحسين الأداء، لأنه من وجهة نظر درجة الحرارة، إذا وصلت درجة حرارة الفرن إلى 795 درجة بسبب انحراف التحكم في درجة الحرارة، وهذا يتجاوز 780 درجة المحددة في دليل الإنتاج، مما سيؤدي إلى انخفاض في أداء المطروقات.

3.2.3 التحقق من نتائج الاختبار واستنتاجها

من أجل مزيد من التحقق من نتائج الاختبار، تم إجراء اختبار بالاشتراك مع الإنتاج (الجدول 2)، ولا يزال يتم الحفاظ على طريقة الضرب الخفيف والسريع أثناء الطرق؛ وكانت النتيجة أن جميع المطروقات اجتازت الاختبار، وكان مؤشر "كسر إجهاد الثلمة" أكبر من 5 ساعات.

يتم عرض الخواص الميكانيكية لمطروقات سبائك التيتانيوم TC4 قبل وبعد الاختبار أعلاه (الجدول 3). من خلال الاختبار، تم التوصل إلى أنه عند إنتاج مطروقات سبائك التيتانيوم TC4، يجب التحكم بشكل صارم في معلمات عملية التزوير؛ بادئ ذي بدء، انتبه إلى الحدادة الخفيفة والسريعة في الحدادة لتقليل تشوه المطرقة الواحدة، وثانيًا، يجب ضبط القيمة النظرية لدرجة حرارة المعالجة الحرارية بعد الحدادة في نطاق 760 ~ 770 درجة، لذلك لضمان جودة تزوير المطروقات TC4.

3. آفاق تطوير تكنولوجيا تزوير سبائك التيتانيوم

تستخدم عملية تزوير سبائك التيتانيوم على نطاق واسع في صناعات الطيران والفضاء. تم استخدام عملية الحدادة متساوية الحرارة في إنتاج أجزاء المحرك والأجزاء الهيكلية للطائرات؛ كما أنها أصبحت أكثر وأكثر شعبية في صناعات السيارات والطاقة الكهربائية والصناعات البحرية. مرحبًا. في البلدان الأجنبية، تطور تطبيق سبائك التيتانيوم إلى مستوى عالٍ جدًا، وقد تم تقدير تطبيق سبائك TiAL ذات درجة الحرارة المرتفعة والمركبات المعدنية من قبل الناس، وتم إجراء الكثير من الأبحاث؛ من أجل تطبيق هذه المواد بشكل أفضل، في الوقت نفسه، تم إجراء العديد من الدراسات على تكنولوجيا التشوه الخاصة بها. كما يولي الناس المزيد والمزيد من الاهتمام للأبحاث المتعلقة بسبائك التيتانيوم الفرعية عالية القوة. تطبيق سبائك التيتانيوم و ستظل الأبحاث المتعلقة بتكنولوجيا الحدادة موضوعًا ساخنًا.