鈦合金鍛造基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)

鈦合金概述鈦合金是以鈦為基礎(chǔ)加入其他合金元素組成的金屬材料。鈦具有密度低、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、高低溫性能優(yōu)異等特點(diǎn)。常見(jiàn)合金元素有鋁、錫、鋯、鉬、釩等，這些元素通過(guò)不同比例組合，賦予鈦合金多樣性能，以滿足航空航天、航海、化工、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域需求。例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，需在高溫、高壓和高應(yīng)力環(huán)境下工作，鈦合金的高性能恰好能滿足其要求。鈦合金鍛造特點(diǎn)-變形抗力大：鈦合金晶體結(jié)構(gòu)決定其變形過(guò)程中，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難，需要更大外力促使其塑性變形。如α鈦合金，在較低溫度下變形抗力顯著高于碳鋼。-加工溫度范圍窄：每種鈦合金都有特定鍛造溫度區(qū)間。超出上限，易出現(xiàn)過(guò)熱、過(guò)燒現(xiàn)象，使晶粒粗大，性能惡化；低于下限，變形抗力急劇增大，導(dǎo)致加工困難，甚至產(chǎn)生裂紋。比如TC4合金，鍛造溫度一般在850-950℃之間。-對(duì)模具要求高：由于變形抗力大，鍛造時(shí)模具承受高壓；同時(shí)高溫下鈦合金與模具材料易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，粘連模具，影響鍛件質(zhì)量和模具壽命。所以常采用高強(qiáng)度、耐高溫且抗粘連的模具材料，并進(jìn)行表面處理。鍛造前準(zhǔn)備-原材料檢驗(yàn)：嚴(yán)格檢查鈦合金原材料的化學(xué)成分、金相組織和力學(xué)性能?；瘜W(xué)成分偏差可能導(dǎo)致性能不穩(wěn)定；金相組織不均勻會(huì)影響鍛造過(guò)程中金屬流動(dòng)均勻性；力學(xué)性能不達(dá)標(biāo)則無(wú)法滿足最終產(chǎn)品使用要求?？赏ㄟ^(guò)光譜分析、金相顯微鏡觀察等手段進(jìn)行檢驗(yàn)。-坯料加熱：合理加熱坯料至關(guān)重要。加熱速度過(guò)快，會(huì)在坯料內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，引發(fā)裂紋；加熱速度過(guò)慢，生產(chǎn)效率低。通常采用分段加熱方式，先低溫預(yù)熱，再升至鍛造溫度保溫，確保坯料內(nèi)外溫度均勻。加熱設(shè)備多選用感應(yīng)加熱爐或電阻加熱爐。鍛造工藝-自由鍛造：通過(guò)簡(jiǎn)單工具，使坯料在上下砧鐵間受沖擊力或壓力作用而產(chǎn)生塑性變形。操作靈活，適用于小批量、形狀簡(jiǎn)單鍛件生產(chǎn)，如軸類、餅類零件。例如生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸，可通過(guò)自由鍛粗、拔長(zhǎng)等工序逐步成型。-模鍛：將坯料放入模具型槽內(nèi)，在壓力機(jī)作用下迫使坯料塑性流動(dòng)，充滿型槽獲得所需形狀和尺寸鍛件。生產(chǎn)效率高，尺寸精度高，適用于大批量、形狀復(fù)雜零件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、起落架零件等。但模具成本高，前期投入大。-等溫鍛造：在整個(gè)鍛造過(guò)程中，保持坯料和模具溫度恒定，使金屬在最佳變形條件下流動(dòng)。能有效降低變形抗力，提高材料利用率和鍛件質(zhì)量，適合鍛造形狀復(fù)雜、對(duì)性能要求高的鈦合金零件，但設(shè)備要求高，生產(chǎn)成本高。鍛造過(guò)程控制-變形量控制：合理變形量可細(xì)化晶粒，提高鍛件性能。變形量過(guò)小，晶粒細(xì)化不明顯，性能改善有限；變形量過(guò)大，可能導(dǎo)致鍛件內(nèi)部出現(xiàn)裂紋等缺陷。一般根據(jù)材料特性和鍛件要求確定合適變形量。-變形速度控制：鈦合金鍛造時(shí)，變形速度對(duì)其塑性和變形抗力影響顯著。變形速度過(guò)快，金屬內(nèi)部來(lái)不及發(fā)生再結(jié)晶，導(dǎo)致加工硬化嚴(yán)重，甚至產(chǎn)生裂紋；變形速度過(guò)慢，生產(chǎn)效率低。需根據(jù)不同鍛造工藝和材料選擇合適變形速度。鍛造后處理-熱處理：消除鍛造應(yīng)力，改善組織結(jié)構(gòu)，提高力學(xué)性能。常見(jiàn)熱處理工藝有退火、淬火、時(shí)效等。退火可消除加工硬化，恢復(fù)塑性；淬火及時(shí)效處理能提高強(qiáng)度和硬度。例如TC4合金經(jīng)固溶時(shí)效處理后，強(qiáng)度大幅提高。-表面處理：鈦合金鍛件表面可能存在氧化皮、裂紋等缺陷。通過(guò)酸洗、噴丸等表面處理方法，去除氧化皮，改善表面質(zhì)量；同時(shí)噴丸能在表面形成壓應(yīng)力層