鈦合金鍛造技術2

優(yōu)選鈦合金鍛造技術當前1頁，總共37頁?！秾ｎ}》

一、鈦與鈦合金熱加工技術基礎

二、航空航天常用鈦合金及其鍛造技術

三、鈦合金鍛件的常見缺陷與對策2008-09-09當前2頁，總共37頁。

專題一的主要內容

1.鈦元素及鈦資源概述

2.鈦合金的生產流程

3.鈦的基本特性

4.鈦的合金化原理

5.鈦合金的典型組織及分類

6.鈦合金鍛造技術基礎

7.鈦合金常用術語2008-09-09當前3頁，總共37頁。鈦元素的發(fā)現2008-09-09鈦元素與鈦資源概述1英國WilliamGregor發(fā)現鈦元素的存在，將其命名為“mechanite”1791年1795年德國MartinHeinrichKlaproth,成功地從礦石（金紅石）中分解出氧化鈦，將其更名為“Titans”1932年盧森堡WilhelmJustinKroll（被稱為鈦工業(yè)之父），用Ticl4和Na制取了大量的鈦（Kroll工藝）1948年杜邦公司首先開始商業(yè)化生產金屬鈦當前4頁，總共37頁。鈦元素在周期表中的位置2008-09-09鈦元素與鈦資源概述122號IVB族當前5頁，總共37頁。鈦元素在自然界中的賦存狀態(tài)2008-09-09鈦元素與鈦資源概述1地殼質量的4‰，總儲量34億噸化學性質活潑，無鈦的單質，主要是氧化物金紅石鈦鐵礦當前6頁，總共37頁。鈦資源的分布2008-02-18鈦元素與鈦資源概述1當前7頁，總共37頁。2008-02-18鈦合金的生產流程2鈦礦石海綿鈦鈦合金鑄錠變形鈦合金鑄造鈦合金葉片盤件蒙皮……葉片機匣蒙皮……成品312大棒材小棒材板材管材型材半成品當前8頁，總共37頁。海綿鈦的生產工藝2008-02-181鈦礦（金紅石）四氯化鈦(TiCl4)海綿鈦Kroll：鎂還原Hunter：鈉還原氯化●海綿鈦根據雜質含量的不同，可分為0級、1級、2級等不同等級。0級海綿鈦雜質含量最低。鈦合金的生產流程2當前9頁，總共37頁。VAR鈦錠的2008-09-092

飛機和發(fā)動機使用的鈦合金一般要經過2～3次熔煉。（增加熔煉次數可使成分均勻化）冷壁銅坩堝熔煉技術冷爐床熔煉技術熔煉缺陷及鈦合金的生產流程2惰性氣體保護下的電渣重熔爐ESR當前10頁，總共37頁。硬度降低，偏析區(qū)為等軸組織，α相增多。鍛件表面或剖面形成亮條，一般單件報廢。指氧、氮、碳等間隙元素的富集區(qū)，嚴重時形成化合物，硬度高,危害大，也叫硬偏析、α偏析。一旦發(fā)現，整爐報廢鈦錠的2008-09-092熔煉缺陷及鈦合金的生產流程2由于配料和焊電極時帶入鎢、鉬等難熔金屬，冶煉時未被熔化造成。可用超聲或渦流檢驗控制。高密度夾雜偏析類冶金缺陷高β穩(wěn)定元素偏析，因局部β穩(wěn)定元素偏高而形成β斑點。β斑點間隙元素偏析低Al、V偏析也叫軟偏析高Al偏析鈦合金TC4中的高間隙缺陷

200X正常區(qū)Hv300缺陷區(qū)Hv493

由于α穩(wěn)定元素Al較多而形成的偏析。也形成亮條，硬度偏高。單件報廢。當前11頁，總共37頁。2008-09-09鈦合金的生產流程2鑄錠開坯3將粗大的鑄態(tài)組織改變?yōu)樽冃螒B(tài)組織，為后續(xù)加工進行組織準備。目的：方法：自由鍛、擠壓、平鍛、快鍛、精鍛原則：β區(qū)加熱，足夠變形量，變形先小后大，防止裂紋和局部變形。當前12頁，總共37頁。2008-09-09鈦合金的生產流程2常用開坯設備當前13頁，總共37頁。2008-09-09鈦的基本特征3(1)密度(純鈦密度介于鋁和鐵之間。(2)導熱性差，導熱率僅為鐵的1/6，鋁的1/15。(3)摩擦系數較大。(4)熱膨脹系數較低。(5)彈性模量較低。(6)無磁性。鈦元素的基本特征同素異構轉變當前14頁，總共37頁。TitaniumAlloysTiAlAlloysSuperalloysRefractoryMetalsandIntermetallicsMgAlSingleCrystalSuperalloysSpecificStrength(MPa/(Mg/m3))50100150200250

Temperature(oC)20070012001700CMC2008-09-09鈦的基本特征3鈦合金的基本特征高的比強度（對飛機及航空發(fā)動機尤其重要）優(yōu)異的耐蝕性能使用溫度范圍大低阻尼特性當前15頁，總共37頁。鈦合金相圖2008-02-18鈦的合金化原理4中性型α穩(wěn)定化型β穩(wěn)定化型β同晶型β共析型ZrHfSnAlGaGeONCMoVNbTaFeMnCrCoNiCuSiH當前16頁，總共37頁。2008-09-09鈦的合金化原理4完整的

Ti-Al合金相圖當前17頁，總共37頁。2008-09-09鈦的合金化原理4鈦的主要合金元素1、α穩(wěn)定元素：提高β轉變溫度，擴大α相區(qū)。

距Ti較遠，化學性質差別大。

包析反應，提高熱穩(wěn)定性Al：應用最廣泛，強效。降低熔點，提高β轉變溫度。

原子置換方式增加網格畸變，室溫和高溫均強化。

相當于鋼中碳的作用，提高熱穩(wěn)定性和焊接性。Ga

Ge：稀貴元素，應用少，作用正在研究中。

ONC:間隙元素，強度提高，塑性下降。脆性威脅，

嚴格控制含量。當前18頁，總共37頁。2008-09-09鈦的合金化原理4鈦的主要合金元素2、β穩(wěn)定元素：降低β轉變溫度，擴大β相區(qū)。

固溶強化，提高淬透性和熱處理強化效果。VMo：β同晶元素，靠近Ti，晶格類型與β-Ti相同。

NbTa與β相無限互溶，在α相中有限溶解。

提高強度，保持較高塑性，無共析或包析反應FeMn：β共析元素，強化效果明顯。

CrCo在α和β相中均有限溶解，在β中溶解度更大

NiCu均存在共析反應，影響組織穩(wěn)定和蠕變性能。

SiH注意H的雙重作用。當前19頁，總共37頁。2008-09-09鈦的合金化原理4鈦的主要合金元素3、中性元素：對β轉變溫度無顯著影響。

在α和β中均有較大溶解度，固溶強化。ZrHf：Ti的同族元素，提高α強度和熱強性，

強化效果低于Al，但對塑性的影響小。SnMg：主要固溶強化α相，也可視為α穩(wěn)定元素。CeLa：稀土元素，提高高溫拉伸和熱穩(wěn)定性。

研究熱點當前20頁，總共37頁。2008-09-09鈦合金的典型組織54種基本類型等軸組織等軸初生α相和β轉變組織均勻分布。兩相區(qū)中部加熱/變形所獲得的。強度、塑性、疲勞性能突出。混合組織β轉變組織基體上分布有少量等軸初生α相。兩相區(qū)上部加熱/變形獲得的。兼顧強度、塑性、韌性、疲勞、蠕變當前21頁，總共37頁。2008-09-09鈦合金的典型組織54種基本類型網籃組織原始β晶粒內分布著發(fā)達的片層α。β晶界已被破碎，無明顯晶界α。β相區(qū)加熱/變形，兩相區(qū)完成變形。魏氏組織β晶界完整，晶內存在發(fā)達的片層α。晶界α明顯。加熱和變形均在β相區(qū)完成。斷裂韌性和蠕變性能突出。當前22頁，總共37頁。2008-09-09顯微組織對鈦合金性能的影響細小粗大性能片層狀等軸狀○○彈性模量○+/-（織構）+-強度-++-塑性-+-+斷裂韌性+-+-疲勞裂紋萌生-+-+疲勞裂紋擴展+--+蠕變強度+-+-超塑性-++-氧化性能+-注：○無影響，+性能提高，-性能降低鈦合金的顯微組織以α和β相的尺寸（細小、粗大）及排列方式（片層狀、等軸狀）來描述。鈦合金的典型組織5當前23頁，總共37頁。2008-09-09鈦合金的分類6當前24頁，總共37頁。2008-09-09α、α

+β、β鈦合金的性能差異性能αβα+β密度++-強度-+++塑性-/+++/-斷裂韌性+-/++/-蠕變強度++/--性能αβα+β腐蝕性能++++/-氧化性能+++/--可焊性++/--冷成形性----/+注：++好，+較好，--差，-較差鈦合金的性能主要取決于兩相的排列方式、體積分數以及各自的性能。鈦合金類型對性能的影響鈦合金的分類6當前25頁，總共37頁。2008-09-09鈦合金鍛造基礎7鈦合金組織與變形溫度、變形程度的關系β

區(qū)變形α+β

區(qū)變形β

→α+β

區(qū)變形當前26頁，總共37頁。2008-09-09鈦合金鍛造基礎7當前27頁，總共37頁。2008-09-09鈦合金鍛造基礎7鈦合金的不同鍛造工藝T＝T相變＋5～10℃，準β鍛，網籃組織T＝T相變－10～15℃，近β鍛，三態(tài)組織（10～20％等軸α、50～60％片層α構成的網籃組織和轉變β基體）T＞T相變，β鍛，網籃\魏氏組織T＝T相變－30～50℃，兩相鍛（常規(guī)鍛造），等軸組織

當前28頁，總共37頁。2008-09-09鈦合金鍛造基礎7下料去除表層厚度（mm）棒材直徑（mm）23550鍛棒擠壓棒材車床上切割砂輪切割圓盤鋸切割圓盤鋸片厚度2~8mm，適宜切割較大棒料，進刀量小，能獲得較潔凈的端面陽極切割切口寬度不超過3mm，切耗少、生產率低錘上或水壓機切割需將棒料預熱，工業(yè)純鈦可冷態(tài)剪切適于切割直徑小于60mm的棒材，切割效率高，但砂片壽命較短車切速度mm/min進刀量mm/周鈦合金車切25000~300000.2~0.3扒皮去α層15000~20000無α層Ra=0.63~2.50.08~0.1Ra=1.25~50.1~0.2Ra=2.5~100.3~0.4注：Ra：表面粗糙度。車削加工時必須使用潤滑冷卻液，供給1~1.5mPa壓力當前29頁，總共37頁。2008-09-09鈦合金鍛造基礎7加熱2）提高加熱溫度時，鈦合金會與空氣發(fā)生強烈反映，在還原性氣氛的油爐中加熱時，吸氫強烈采用分段加熱，縮短坯料高溫停留時間電爐加熱（或微氧化性氣氛下火焰加熱），爐底加墊不銹鋼鋼板鈦合金加熱的兩個特點：1）鈦低溫導熱率低，采用表面加熱方法時，加熱時間相當長當前30頁，總共37頁。2008-09-09鈦合金鍛造基礎7潤滑在整個變形過程中能夠形成牢固而連續(xù)的保護膜在加熱和變形過車工中能夠保護毛坯，防止氧化和氣體污染具有良好的隔熱性能，使毛坯從爐子轉移到模具以及在變形過程中減少能量損失不與毛坯和模具的表面發(fā)生化學作用容易涂到毛坯表面，并便于使該工序機械化容易從鍛件表面清除，能在較長時間保持潤滑性能玻璃粉編號氧化物含量SiO2Al2O2B2O2Na2OCaOMgO157~61-17~1818~204~5-26131156-34053555-4551413216-5341.735177.54.865458.527.55-玻璃No.玻璃潤滑劑在下述溫度下的黏度800℃900℃1000℃1050℃1100℃11364005234784-18521067950500306507-13273437350226903156-7084-10000010000740045005-301512-6-10008050-注：玻璃潤滑劑是由玻璃粉、穩(wěn)定劑、固結劑以及水構成的懸浮液模鍛鈦合金用潤滑劑的基本要求涂潤滑劑的方法將坯料浸入懸浮液內浸涂用刷子刷到坯料表面用噴霧器噴到坯料表面當前31頁，總共37頁。2008-09-09鈦合金鍛造基礎7鍛造設備類型與應變速率的關系平均應變速率/s-1鍛造設備10-4~10-210-2~11~3010~200慢速液壓液壓機械壓力（快速）鍛錘當前32頁，總共37頁。2008-09-09鈦合金鍛造基礎7變形量控制變形量：鈦合金的臨界變形2—12%，實際控制應在15—20%以上;