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航空用鈦合金型材的擠壓工藝

來源:鈦棒,鈦板,鈦合金,鈦管,鈦絲,鈦設備 發布時間:2014-9-4 12:08:14
飛機上使用的絕大部分是薄壁型材,俄羅斯的水平最高。以俄羅斯航空用鈦合金型材為例,從橫截面形狀上可分成:直角、銳角、鈍角、Z字型材、U字型材和T字型材;從邊長與壁厚上又可分成:等邊長、不等邊長、等壁厚、不等壁厚、薄壁、厚壁型材。約有70余種,基本用在俄羅斯軍用飛機機身內裝置上。航空、航天用的鈦合金型材在國外都采用擠壓方法生產。鈦型材一般在臥式水壓機上用正擠壓法生產。鈦型材分厚壁型材和薄壁型材兩大類。

擠壓坯料一般采用擠壓、鍛造和乳制的方法制備。坯料的準備通常包括下列工序:切成定尺坯料、端面加工、倒棱、前端成形。坯料用車床機械加工到4級表面精度,坯料前端機械加工成一定曲率的球面。
確定鈦合金的擠壓工藝參數時,應考慮的因素有:
    (1)溫度。提高溫度時,金屬流動不均勻性增加,這是大多數合金熱擠壓的特征。但是,為了便于在最小的壓力下實現快速擠壓,應在能保證制品良好力學性能的盡可能高的溫度條件下進行擠壓。對工業純鈦來說,即使擠壓溫度高達1038T(剛好進入相區的溫度范圍),對其力學性能也無明顯的影響。然而,實際上業已證明,在927T左右的溫度下進行擠壓是有利的。表4-48和表4-49為部分前蘇聯鈦合金棒材的擠壓參數,供型材擠壓時參考。
    (2)潤滑。在擠壓鈦時,通常采用兩種主要的潤滑劑:含有諸 如石墨等固體薄片的油基潤滑劑和玻璃潤滑劑。金屬銅包套潤滑 有時也用于某些鈦擠壓產品。因為鈦具有嚴重的因摩擦而黏結的 特性,所以潤滑是特別重要的,而且往往還是一個最困難的問題。 潤滑不合理不僅會使鈦黏附于擠壓模上,而且會引起擠壓模的大 量磨損。這兩種情況都可能在產品表面引起深的劃痕和撕裂。此 外,鈦合金擠壓機的主要差別一般體現在潤滑方式上。
    鈦合金熱擠壓時,以玻璃潤滑方式潤滑較多。采用玻璃潤滑 擠壓,可使鈦合金在高得多的溫度范圍內有較均勻的流動。例如, 在玻璃潤滑條件下,加熱至1000T的BT3-1合金以及加熱至 1050T:的BT5-1合金也能獲得較均勻的金屬流動。
    玻璃潤滑劑適于鈦合金的擠壓,一般解釋為玻璃有優良的、好 的隔熱性,可提高毛坯溫度場的均一性。
    (3)加熱。在加熱時,應盡可能保證鈦坯料不產生氧化鱗皮。 可采用各種各樣的方法,如鹽浴槽、感應加熱爐和氬氣氣氛爐來加 熱鈦坯。在氬氣氣氛下的馬弗爐中加熱可獲得最好的效果。采用惰性氣氛下的低頻感應爐加熱也是較為理想的。
    (4)擠壓速度。無論采用油基還是玻璃作潤滑劑,均應選用 盡可能高的擠壓速度。由于油脂類潤滑劑在高溫下對鈦坯料的保 護作用較小,所以熱坯料與擠壓模的接觸時間應盡可能短。當用 玻璃作為坯料和工具之間的絕熱體時,上述問題就不是那么嚴重 了。然而,玻璃潤滑的主要缺點是,玻璃在開始熔化的狀態下往往 容易連續不斷地從容器中流出,因而也要求采用高的擠壓速度。
    擠壓時可達到的實際擠壓軸速度依合金成分、擠壓溫度和擠 壓比而變化,但在一般情況下為80?130 mm/s(與表4-48中給出 的制品流出速度相對應)。
    (5)模具壽命。擠壓模壽命與型材的幾何形狀和被擠壓鈦合金的品種有關。對于一些確定的型材來說,擠壓比較軟的金屬(如純鈦)時擠壓模壽命大大地長于擠壓較高強度合金(如Ti-6A1-4V) 時的擠壓模壽命。采用玻璃潤滑劑時,擠壓模的使用壽命為每副擠 壓模1?20次。用玻璃墊擠壓鈦合金時,采用錐形模和平面模。用 平面模時,由玻璃墊的內表面形成金屬流動的漏斗形體。為提高平 面模的壽命,通常把硬質合金堆焊在定徑帶表面上,也可將硬質合 金鑲塊安裝在鋼圈內。采用入口錐度為130°?150°的 模具時,金屬流動最好。擠壓復雜型材時,用整體式擠壓模在制造 上消耗工時太多,因此最好做成可分式的。
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