GR5 titanyum dövme parçalarının hidrolik pres ve dövme çekiçli dövme işlemi altındaki performansı

Önsöz

GR5 titanyum alaşımı iyi kapsamlı özelliklere sahiptir ve havacılık, petrokimya, deniz mühendisliği, ulaşım ve diğer alanlarda kullanılabilir. Çin havacılık ve uzay endüstrisinin hızla gelişmesiyle birlikte GR5 titanyum alaşımlı dövme ürünlere olan talep de artıyor. Bu nedenle GR5 titanyum alaşımlı dövmelerin araştırılması büyük önem taşımaktadır.

Dövme, metal malzemelerin mukavemetini ve sertliğini önemli ölçüde artırabilen özel bir işleme teknolojisidir. Yüksek üretim verimliliği, düşük üretim maliyeti ve iyi ürün kalitesi gibi avantajlara sahiptir. Dövme teknolojisinin gelişmesi ve ilerlemesiyle birlikte dövme teknolojisi de sürekli gelişmektedir. ve mükemmellik.

Son yıllarda titanyum alaşımlı dövme malzemeler havacılık alanında giderek daha yaygın bir şekilde kullanılmaya başlandı ve performans gereksinimleri giderek daha yüksek hale geldi. Yüksek kaliteli, yüksek performanslı GR5 titanyum alaşımlı dövme parçaların nasıl hazırlanacağı havacılık alanında acil bir sorun haline geldi.

Titanyum alaşımlı dövme üretim süreci

Titanyum alaşımı mükemmel kapsamlı özelliklere sahip bir metal malzemedir. Düşük yoğunluğu, yüksek özgül mukavemeti ve iyi korozyon direnci nedeniyle havacılık, denizcilik mühendisliği ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Şu anda, titanyum alaşımlarının üretim süreçleri esas olarak dövme ve dökümü içermektedir; dövme, soğuk dövme ve sıcak dövme olarak ikiye ayrılmaktadır.

Soğuk dövme, oda sıcaklığında titanyum alaşımlı dövme parçalara dikey olarak vurmak için bir dövme çekici kullanır; bu, metalin dövme parçasının uzunluğu boyunca yavaş ve eşit bir şekilde akmasına neden olur, böylece dövme içinde tekdüze bir mikro yapı oluşturulur. Soğuk dövmenin avantajları basit ekipman, geniş dövme sıcaklık aralığı, seri üretime uygun ve düşük üretim maliyetidir; Dezavantajları ise karmaşık dövme işlemi, yüksek deformasyon direnci ve uzun dövme süresidir.

 

Sıcak dövme, sıcak ekstrüzyon, izotermal dövme, izotermal normalleştirme ve diğer işlemler yoluyla dövme içinde martensit, ferrit vb. gibi çok sayıda mikro yapı ve yapısal kusurun oluşmasını ifade eder. Sıcak dövmenin avantajları basit ekipman ve büyük deformasyon kuvvetlerine ve deformasyon sıcaklıklarına dayanma yeteneğidir; dezavantajları uzun üretim döngüleri ve düşük üretim verimliliğidir.

GR5 titanyum alaşımının dövme işlemi sırasında kendi termal genleşme katsayısının geleneksel metal malzemelerden farklı olması nedeniyle geniş bir dövme sıcaklık aralığına ve iyi sıcak işlenme özelliklerine sahiptir.

Bu nedenle GR5 titanyum alaşımlı dövmeler genellikle dövme yoluyla üretilir. GR5 titanyum alaşımlı dövme parçaların kalitesini sağlamak için genellikle bir pres kullanılarak dövülmeden önce bir proses sıcaklığı aralığına ısıtılırlar.

Titanyum alaşımlarının sıcak dövmesi için şu anda iki ana yöntem vardır: birincisi, dövülmüş parçayı ısıtma fırınına koymak ve dövme öncesinde proses sıcaklığına ısıtmak; diğeri ise titanyum alaşımını sıcak kalıpta dövme yoluyla sıcak dövmek. Bunlardan sıcak kalıpta dövme, işlem sıcaklığına kadar ısıtılan titanyum alaşımının bir kalıba yerleştirildiği ve kalıptan şekillendirildiği bir yöntemi ifade eder.

Sıcak kalıpta dövmenin avantajları, dövme parçaların iç kusurlarını azaltabilen ve dövme parçaların kalitesini ve performansını artırabilen küçük deformasyon direnci ve düzgün deformasyondur; dezavantajı dövme parçaların yüksek boyutsal doğruluğu ve şekil doğruluğu gerektirmesidir.

Titanyum alaşımlarının sıcak kalıpta dövülmesinin üç ana yöntemi vardır: biri, aynı zamanda şu anda en yaygın olarak kullanılan yöntem olan, dövme parçalarını sürekli olarak dövmek için makinelerin kullanıldığı sürekli dövmedir; diğeri yarı sürekli dövmedir, yani dövmeler kalıp içinde döner ancak dönmez. Sürekli dövme yapılır; üçüncüsü serbest dövme yani dövme işlemi sırasında herhangi bir döndürme yapılmaz ancak dövme bükülebilir.

Organizasyonel Gözlem ve Analiz

GR5 titanyum alaşımlı dövmelerin metalografik yapısına bakıldığında, dövme sonrası kaba yapının neredeyse dairesel sütunlu martensit + az miktarda tutulan ostenit olduğu, dövme yapısının ise neredeyse dairesel sütunlu martensit + az miktarda kaldığı görülebilir. tutulan ostenit. İki gövde arasında bariz bir fark vardır ve işlenmemiş parçanın dövme işleminden sonra büyük bir yanal büzülmesi vardır, bu da dövmenin yanal boyutunda bir farka neden olur.

Dövme işlemi sırasında, hidrolik presin yüksek sıcaklığı nedeniyle, yüksek sıcaklıktaki alaşım hızla 1000 derecenin üzerine ısıtılır, bu da aşırı dövme ısıtma hızına, yetersiz söndürmeye ve yüzey oksidasyonuna neden olur.

Aynı zamanda aşırı dövme sıcaklığı, hidrolik presin dövme işlemi sırasında aşırı deformasyona neden olur ve daha sonraki ısıtma sırasında oksidasyon ve dekarbürizasyon meydana gelir. Bu iki neden dövme parçaların yanal boyutlarında büyük farklılıklara yol açmaktadır.

Dövme parçaların mikro yapısının analizi, dövme işlemi sırasındaki soğutma oranının nispeten büyük olduğunu, hidrolik makinede dövme sonrasında işlenmemiş parçanın soğutma oranının ise nispeten küçük olduğunu göstermektedir. Dövme işlemi sırasında aşırı sıcaklık artışı, dövme parçaların enine boyutlarında büyük farklılıklara neden olur. Aynı zamanda dövme işlemi sırasında dövme taneleri de değişen derecelerde büyür.

Dövme işleminden sonra işlenmemiş parçanın hızlı soğuma hızı nedeniyle, dövme parçanın tane boyutu büyük ölçüde farklıdır. Dövme işlemi sırasında dövme parçanın tane boyutu, hidrolik makine ile dövme sonrasında işlenmemiş parçanın tane boyutundan önemli ölçüde daha büyüktür; Dövme işlemi sırasında üretilen mikro yapı çoğunlukla neredeyse dairesel ve sütun şeklindedir. Martensit + az miktarda tutulan ostenit; dövme işlemi sırasında dövme taneleri kaba ve eşit olmayan şekilde dağılmıştır.

Yüksek dövme sıcaklığı nedeniyle GR5 titanyum alaşımı oda sıcaklığında yüksek mukavemet ve sertliğe sahipken, dövme sıcaklığı çok düşük olup, yetersiz plastik deformasyon kabiliyeti, yetersiz su verme ve oksidasyonla sonuçlanır.

Ayrıca hidrolik presin yüksek ısıtma sıcaklığı nedeniyle dövme sırasında oksidasyon meydana gelir ve son dövme iş parçasının yüzeyinde oksit tabakası belirir.

Çekme özelliği deneyi

GR5 titanyum alaşımının oda sıcaklığında gerilme özellikleri, alaşım bileşimi, tane boyutu, gerinim oranı, deformasyon derecesi vb. gibi birçok faktörden etkilenir.

Öncelikle dövme parçaların çapı genellikle sıcak haddelenmiş çubukların çapından daha küçüktür. Dövme ısıtma sırasında deformasyon sıcaklığı daha düşüktür ve deformasyon işlemi sırasında deformasyon derecesinin kontrol edilmesi zordur. Bu nedenle dövme parçaların çekme özellikleri, ana malzemeden ve dövme işleminden büyük ölçüde etkilenir. Aynı koşullar altında, hidrolik presle dövülen GR5 titanyum alaşımının çekme özellikleri, dövme çekiciyle dövülenlerden daha iyidir, ancak dövme çekiçle dövme sırasında önemli bir sorun vardır: sıcak sıkıştırma deformasyonu.

Hidrolik presin dövme işlemi sırasında belirli bir derecede ısıtma ve soğutma olduğundan, ısıl işlem sırasında deformasyon sıcaklığı ve deformasyon hızı daha iyi kontrol edilebilir, böylece daha yüksek plastisite sağlanır. Dövme çekiçli dövme sırasında daha düşük ısıtma sıcaklığı ve daha hızlı soğutma oranı nedeniyle, dövme parçaların plastisitesi hidrolik pres dövmeleri kadar iyi değildir.

Aynı koşullar altında dövme, GR5 titanyum alaşımının çekme özelliklerini çekiçle dövmeye göre önemli ölçüde daha fazla geliştirebilir. Aynı spesifikasyonlara sahip GR5 titanyum alaşımlı dövme parçalar için, hidrolik pres dövmenin çekme özellikleri, dövme çekiçli dövmeninkinden daha iyidir; aynı koşullar altında dövme çekiçli dövme, GR5 titanyum alaşımının çekme özelliklerini hidrolik pres dövmeye göre önemli ölçüde geliştirebilir.

Akma dayanımı aynı olduğunda, hidrolik presle dövülen GR5 titanyum alaşımının dövme sonrası çekme özellikleri, dövme çekiciyle dövülen GR5 titanyum alaşımından daha iyidir. Bunun nedeni, hidrolik pres dövmelerinin küçük deformasyon, düşük deformasyon sıcaklığı ve yavaş deformasyon hızı gibi faktörlerden dolayı küçük iç artık gerilime sahip olmasıdır; ve dövme işleminden sonra çekiçle dövülerek dövülen GR5 titanyum alaşımının çekme özellikleri, hidrolik presle dövüldükten sonra elde edilenlerden daha iyidir.

Bunun nedeni, bir dövme çekiciyle dövme yapılırken, dövme ve çekiçleme işlemleri sırasında büyük artık gerilimin oluşması, bunun da malzemenin içinde büyük çekme gerilimine neden olması ve bunun sonucunda malzemenin büyük plastik deformasyonuna yol açmasıdır; hidrolik presle dövme yapılırken dövme işlemi sırasında metal serbest akış halindedir ve malzemenin içinde artık gerilim yoktur, böylece malzemenin plastik deformasyon derecesi sağlanır.

Mekanik test performansı sonuçlarının analizi

GR5 titanyum alaşımı numunesinin hidrolik presle dövüldükten sonraki mukavemet değeri ve uzaması, dövme çekiciyle dövüldükten sonra elde edilenlerden daha yüksektir. Bunun nedeni, dövme işlemi sırasında dövme içerisinde çok sayıda safsızlık elementinin üretilmesi ve bu safsızlık elemanlarının varlığının GR5 titanyum alaşımının deformasyona uğramasına neden olmasıdır. Şiddetli yeniden kristalleşme.

Haddeleme işlemi sırasında, büyük haddeleme basıncı nedeniyle stres yoğunlaşması olgusu açıktır. Bazı safsızlık elementleri GR5 titanyum alaşımının iç kısmına ekstrüde edilir ve tane sınırlarında kaba Ti açısından zengin bir faz oluşturur, bu da dövme işleminde büyük miktarda enerjinin üretilmesine neden olur. Dislokasyonlar ve boşluklar GR5 titanyum alaşımının daha fazla deformasyonu için koşullar sağlar.

GR5 titanyum alaşımı numunesinin dövme çekiciyle dövüldükten sonraki mukavemet değeri, hidrolik presle dövüldükten sonraki numunenin mukavemet değerinden daha düşüktür. Bunun nedeni dövme çekiçli dövme işlemi sırasında dövme içerisinde çok sayıda çıkık ve boşluk oluşması ve tane sınırlarında küçük parçacıkların oluşmasıdır. Ti açısından zengin faz, GR5 titanyum alaşımının belirgin bir şekilde yeniden kristalleşmesine neden olur.

GR5 titanyum alaşımı numunesinin dövme çekiciyle dövüldükten sonra kırılma özelliklerinin şu şekilde olduğu görülebilir: esas olarak sünek kırılma, yerel kırılgan kırılma ile desteklenir.

Bunun nedeni, dövme çekiçli dövme işlemi sırasında bazı safsızlık elementlerinin tane sınırlarında kaba Ti açısından zengin fazlar oluşturmasına neden olan yüksek dövme basıncıdır. Aynı zamanda, dövme çekiçli dövme işlemi sırasında çok sayıda dislokasyon ve boşluk meydana gelir ve bu da GR5 titanyum alaşımında belirgin değişikliklere neden olur. yeniden kristalleşme fenomeni.

Dövme çekiçli dövme sırasında düşük dövme sıcaklığı ve hızlı dövme hızı nedeniyle, malzemenin içinde çok sayıda çatlak kaynağı, gözenek ve diğer kusurlu elemanlar üretilir ve bu da GR5 titanyum alaşımının belirgin bir şekilde yeniden kristalleşmesine neden olur.

Uygulama beklentileri ve geliştirme yönü

GR5 titanyum alaşımı, mükemmel kapsamlı özellikleri nedeniyle havacılık, tıbbi ekipman, ulaşım ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle havacılık alanında GR5 titanyum alaşımı ana malzeme haline gelmiştir.

GR5 titanyum alaşımı, düşük yoğunluk, yüksek spesifik mukavemet ve spesifik sertlik, yüksek sıcaklık direnci ve korozyon direnci avantajlarına sahiptir. Uçak rotorları, kuyrukları, gövde takviye çerçeveleri ve ana ve yardımcı yakıt depoları gibi önemli yapısal parçaların imalatında yaygın olarak kullanılmaktadır.

GR5 titanyum alaşımı oda sıcaklığında daha fazla mukavemete ve plastikliğe sahip olduğundan, dövme sırasında özelliklerini iyileştirmek için çözelti işlemi gereklidir. Ancak GR5 titanyum alaşımının yapısı dövme işlemi sırasında eşit olmayan bir şekilde dağılacak ve soğutma işlemi sırasında kaba faz oluşacak, bu da alaşımın mekanik özelliklerinin azalmasına neden olacaktır.

GR5 titanyum alaşımının dövme yapısını iyileştirmek için şu anda yaygın olarak kullanılan iki yöntem vardır: bunlardan biri, hidrolik pres sıcak kalıpta dövme gibi dövme işleminden önce katı çözelti işleminin gerçekleştirilmesidir; diğeri ise dövme çekiçli dövme gibi dövme işlemi sırasında katı çözelti işleminin gerçekleştirilmesidir.

Gerçek üretimde, karmaşık dövme çekiçli dövme proses ekipmanı, zor operasyon ve yüksek üretim maliyeti nedeniyle, hidrolik pres sıcak kalıp dövme şu anda daha yaygın olarak kullanılan bir prosestir.

Hidrolik pres sıcak kalıp dövme ile karşılaştırıldığında, dövme çekiçli dövmelerin yüzey kalitesi büyük ölçüde iyileştirilmiştir, taneler daha ince ve daha düzgündür ve üretim için büyük çaplı kalıp dövme kalıpları kullanılabilir. Ancak dövme çekiçli dövmelerin üretim verimliliği düşük ve üretim maliyeti yüksektir. Hidrolik pres sıcak kalıpta dövme işleminin yerini tamamen almamıştır.

Gelecekte, dövme çekiçli dövme teknolojisinin geliştirilmesi ve dövme teknolojisi ve ekipmanı üzerine yapılan araştırmalarla, dövme çekiçli dövmelerin üretim verimliliğinin ve kalitesinin büyük ölçüde artacağı öngörülebilir.

Gerçek üretimde, dövme işlemi sırasında büyük miktarda ısı, kuvvet ve darbe yükü oluşacağından, izotermal dövmenin dövme parçaların yapısı, mekanik özellikleri ve mekanik ömrü üzerindeki etkisinin termal simülasyon deneyleri yoluyla incelenmesi ve Dövme kalitesini sağlamak için uygun proses parametrelerini elde edin.

Dövme çekiçli dövme işleminin yüksek üretim verimliliği ve düşük ekipman gereksinimleri nedeniyle, gelecekte havacılık ve uzay alanında ve uçak kuyrukları, ana ve yardımcı yakıt tankları gibi diğer alanlardaki önemli yapısal parçaları üretmek için dövme çekiçli dövmeleri kullanmayı deneyebiliriz. gövde takviye çerçeveleri ve diğer önemli yapısal parçalar. Genel sivil alanda kullanılan bazı büyük dövme parçalarının büyük boyutlarından dolayı dövme çekiçli dövme prosesi kullanılarak üretilmesi zordur.

Yazarın görüşü

Ülkemin havacılık ve uzay endüstrisinin gelişmesiyle birlikte, titanyum alaşımlı dövmelere yönelik kalite gereksinimleri giderek artıyor ve dövme işlemi de dövmelerin kalitesini etkileyen önemli faktörlerden biri.

Ancak ülkemizde hidrolik preslerin ve dövme çekiçlerinin gelişmesiyle birlikte uygulamaları giderek yaygınlaşmaktadır. Ancak dövme çekiçlerinin fiyatının nispeten yüksek olması ve dövme işleminin karmaşık olması nedeniyle çoğu yerli havacılık ve uzay şirketi, ürünleri tamamlamak için hidrolik presleri tercih etmeyi tercih ediyor. Üretim, ancak hidrolik preslerin sayısının artmasıyla dövme prosesi ve kalitesi de büyük ölçüde iyileştirildi.

Aynı zamanda dövme parametreleri dövme işlemi sırasında ihtiyaçlara göre ayarlanabildiği için dövme işlemi giderek daha esnek hale gelmektedir. Ancak şu anda Çin'in yerli hidrolik pres teknolojisi ve ekipmanı, havacılık alanındaki dövme gerekliliklerini tam olarak karşılayamıyor. Dolayısıyla havacılık alanının gelişmesi dövmeyi gerektiriyor. Teknolojiye olan talep de artacak.

Referanslar
1. Yao Weidong: GR5 titanyum alaşımlı dövme parçaların dövme işlemi ve mikroyapı özellikleri üzerine araştırma. "Pekin Havacılık ve Uzay Bilimleri Üniversitesi Dergisi", 2017,18 (01): 1036-1037.
2. He Xiaolin: Dövme işlemi sırasında titanyum alaşımlı dövme parçaların sıcak çalışma davranışı üzerine araştırma. "Çin Dövme", 2015 (11): 59-60.
3. Wei Guoli: Ülkemdeki büyük ölçekli titanyum alaşımlı dövme üretiminin mevcut durumu ve gelişme eğilimi. "Malzeme Koruma Teknolojisi", 2018 (05): 23-26.