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电源技术Ti―6AL―4V合金精锻棒材新工艺研究


所属栏目:自动化论文
发布时间:2015-05-06 15:25:08  更新时间:2015-05-06 15:59:05

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  电源技术是信息产业部电源专业情报网网刊,中国电子科技集团公司第十八研究所主办,信息产业部主管,国家科技部(原国家科委)批准,属于全国性的技术类科技期刊。主要服务对象是从事化学与物理电源研究、研制、生产的科技工作者,科技管理工作者,有关专业的高等院校师生及部分用户,与电源相关行业的研究、研制、生产者。
  摘 要:Ti-6AL-4V钛合金具有较高的强度,较好的耐热性、塑性、韧性、成形性、可焊性等。本研究利用正交试验法,对Ti-6AL-4V精锻棒材,其质量的主要影响因素的热处理方式、夹头进给速度、变形程度和加热温度进行了研究,得出了合理的β处理工艺参数,提出合适的夹头进给速度,得出了合适的变形程度。提出了新的工艺参数是:β处理的温度为β+15℃;精锻机的夹头进给速度为4.0m/min;每火次变形程度为50%以上;在α+β区进行不少于两火次加工,加热温度为β-30℃。

  关键词:Ti-6AL-4V钛合金精锻棒材,β处理,变形程度,新的工艺

  1 概述

  Ti-6AL-4V钛合金具有较高的强度,较好的耐热性、塑性、韧性、成形性、可焊性以及耐腐蚀性,广泛应用在航空工业上,占到了钛合金总使用量的75%-80%,大量用作飞机的结构、支撑件和发动机的叶片用料,随着航空工业的飞速发展,对材料的在高低倍组织检验和超声波检验提出更高的要求。

  2 Ti-6AL-4V合金新工艺研究

  2.1 对于TI-6AL-4V Φ60mm以下的棒材,进行不同温度和方式的β处理,降低超声波检验杂波Φ0.8-18db,显微组织达到GJB1538-92标准的1-4级。

  2.2 新工艺方案

  2.2.1 坯料 Φ60×600 9支,相变点990℃。

  2.2.2 利用正交试验表L9(34)安排试验,对于Ti-6AL-4V 精锻棒材,其影响质量的因素有:热处理方式、夹头进给速度、变形程度和加热温度为主要影响因素,将各因素分为三个参数(位级)进行此试验,并列入因素位级表中。

  2.2.3 热处理方式中β+50℃/保温30min WC,其目的为既在相变点以上进行β晶粒的均匀化处理,又进行一次固溶处理,改善金相组织,降低超声波检验杂波水平。β+15℃/保温1hr AC对于小规格的棒材其保温时间可以短一些,既达到了β晶粒的均匀化处理,而且也不过多的消耗能源,为改善金相组织打下了良好的基础。

  2.2.4 根据因素位级表安排正交试验,用L9(34)表见表2

  2.2.5 第一次试验结果与分析

  (1)热处理方式:a.超声波检验结果:用β+50℃/保温30min WC处理的三个试验1132、1221、1313其超声波检验杂波总和为Φ0.8-42db,用β+15℃/保温1hr AC处理的三个试验2111、2322、2233其超声波检验杂波总和为Φ0.8-30db。由此说明用β+50℃/保温30min WC处理的方法,可以显著地降低超声波检验杂波水平。b.显微组织结果:用β+50℃/保温30min WC处理的三个试验1132、1221、1313其显微组织评级总和为35,用β+15/保温1hr AC处理的三个试验2111、2322、2233其显微组织检验评级总和为37,用R态处理的三个试验3331、3212、3123其显微组织评级总和为18,由此说明R处理的三个试验其显微组织较好,用β处理的两种方式,在α+β区一火次变形是不能获得好的显微组织,应在α+β区进一步变形。c.用不同的热处理方式进行β处理后,用在α+β区一火次变形可以降低超声波检验杂波水平,但是对于改善显微组织是不足的,需要在α+β区进一步变形,才能获得改善显微组织,达到预期的目的。

  (2)精锻时夹头进给速度:a.超声波检验:用5.0m/min的进给速度的三个试验1132、2111、3123其超声波杂波总和为Φ0.8-21db,用4.0m/min的进给速度的三个试验1221、2233、3212其超声波杂波总和为Φ0.8-42db,用3.0m/min的进给速度的三个试验1313、2322、3331其超声波杂波总和为Φ0.8-34db,由此得出,用4.0m/min的进给速度对于降低 其超声波杂波水平效果较好。b.显微组织检验:用5.0m/min的进给速度的三个试验1132、2111、3123其显微组织评级的总和为33,用4.0m/min的进给速度的三个试验1221、2233、3212其显微组织评级的总和为30,用3.0m/min的进给速度的三个试验1313、2322、3331其显微组织评级的总和为27,由此得出,随着精锻时夹头进给速度的降低,对于显微组织的改善越好。c.从降低超声波杂波水平讲,用4.0m/min的进给速度效果较好,从改善显微组织的评级方面考虑,用较慢的进给速度效果较好,要使超声波检验杂波水平和显微组织的评级综合考虑,夹头进给速度用4.0m/min的进给速度效果较好。

  (3)变形程度:a.用50%变形程度的三个试验2111、3212、1313其超声波杂波水平、显微组织评级分别为Φ0.8-44db、26。b.用35%变形程度的三个试验1221、3123、2322其超声波杂波水平、显微组织检验评级分别为Φ0.8-22db、31。c.用20%变形程度的三个试验1132、2233、3331其超声波杂波水平、显微组织评级分别为Φ0.8-36db、33。d.因此,随着变形程度的减少,超声波杂波水平上升,显微组织评级总和上升,改善效果降低,所以采用50%变形程度较好。

  (4)加热温度:a.超声波杂波:β-10℃加热的三个试验2111、1221、3331,其杂波总和为Φ0.8-32db,β-30℃加热的三个试验1132、3212、2322,其杂波总和为Φ0.8-34db,β-60℃加热的三个试验,1313、3123、2233,其杂波总和为Φ0.8-36db。因此,随着加热温度的降低,其超声波杂波水平是降低的,但影响不显著。b.显微组织:β-10℃加热的三个试验2111、1221、3331其显微组织评级总和为33,β-30℃加热的三个试验1132、3212、2322,其显微组织评级总和为31,β-60℃加热的三个试验1313、3123、2233其显微组织评级总和为26。因此随着加热温度的降低,其显微组织评级的总和也随着减少,改善的效果较好。c.从总的趋势来讲,随着加热温度的降低,显微组织的改善效果愈好,但从试验3123来讲,由于其加热温度为β-60℃,而超声波杂波水平为Φ0.8-4db,效果不好,所以综合考虑超声波杂波和显微组织评级因素,加热温度选用β-30℃加热为宜。

  2.2.6 初步结论 综合各影响因素各参数所对应的试验结果的分析,形成如下结论:(1)用两种不同的β处理方式,对于显微组织进行改善,仅用在α+β区一火次变形对于改善是不足的,需要在α+β区进一步变形,才能获得改善显微组织。(2)夹头的进给速度选用4.0m/min。(3)变形程度选用50%为宜。(4)加热温度选用β-30℃加热为宜。

  2.3 利用第一次试验的结果,加热温度用β-30℃加热,夹头进给速度用4.0m/min,变形程度用50%,在第一次试验9支试验的基础上进一步进行试验验证工作,试验结果表明,符合要求的试验编号是2233-3、3212-3、1313-3,而在这三个试验中2233-3在显微组织和超声波杂波水平方面优于其他两个试验,因此进一步试验2233-3是Ti-6AL-4V合金棒材新工艺。

  2.3.1 用β+50℃/保温30min WC和β+15/保温1hr AC处理,经在α+β区两火次的变形,显微组织均得到了均匀化的组织,达到了目的。

  2.3.2 β+15℃/保温1hr AC处理的显微组织较β+50℃/保温30min WC处理的显微组织均匀化程度好,细化效果好,这与β处理的温度有直接关系。也就是说β处理的温度越高,β晶粒长大得越大,变形后的组织较大些,因此β处理的温度为β+15℃为宜。

  3 结束语

  (1)β处理的温度为β+15℃。(2)精锻机的夹头进给速度为4.0m/min。(3)每火次变形程度为50%以上。(4)在α+β区进行不少于两火次加工,加热温度为β-30℃。

  参考文献

  [1]谢杰,陈建云,李子骏,等.Ti-6AL-4V合金表面改性技术[J].钛工业进展,2013,30(3):1-6.

  [2]稀有金属加工手册[S].78-79.

  [3]GJB1538-92.飞机机构件用TC4钛合金棒材规范[S].

  [4]GB/T5193-2007.钛及钛合金加工产品超声波探伤方法[S].



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