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鈦合金鍛件加工設(shè)備及主要方式
2021-11-29
鈦合金是目前使用的材料中比強(qiáng)度較高的材料之一,具有抗腐蝕能力強(qiáng)、強(qiáng)度高、密度低、中溫性能穩(wěn)定等一系列優(yōu)良特性，在航空航天工業(yè)、生物醫(yī)藥、石油工業(yè)以及原子能等高技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。在鈦及鈦合金的熱加工過程中，自由鍛造成為主要加工手段之一。文章以鈦及鈦合金棒材為討論對(duì)象，自由鍛造可加工成品棒材，也可加工中間工序的坯料。作為中間坯料，則是為后續(xù)加工如鍛造、軋制提供一定形狀、一定尺寸、一定組織和性能的材料。對(duì)于成品，不但要嚴(yán)格控制材料的組織、性能，同時(shí)，尺寸、表面質(zhì)量均應(yīng)滿足要求，其中任一項(xiàng)不合格均不能交貨。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，如何采取正確的工藝路線，合理的鍛造方式以保證材料的組織性能和表面質(zhì)量，尤其防止鍛件因組織而性能不達(dá)標(biāo)或者表面出現(xiàn)較深的裂紋、折疊等造成尺寸超差，成為工程技術(shù)人員研究的課題之一。 鈦合金自由鍛造的設(shè)備及主要方式 在目前的實(shí)際生產(chǎn)中，自由鍛造常用的加熱爐有煤爐，天然氣爐，電爐等。鑄錠開坯常用前兩種加熱爐。因?yàn)殡姞t加熱溫度易控制，精確度較高（一般±10℃），且污染程度小，成品前的加熱一般都要用電爐。鍛造設(shè)備有鍛錘、水壓機(jī)、快鍛機(jī)等。自由鍛造鈦及鈦合金棒材的基本方式為拔長(zhǎng)、鐓粗，或者采用拔長(zhǎng)、鐓粗相結(jié)合的方式。當(dāng)然，對(duì)于小規(guī)格的如Φ12、Φ20等的棒材要采用軋制，對(duì)此文章不作討論。 1 拔長(zhǎng) 金屬的塑性變形遵循體積不變規(guī)則和小阻力規(guī)則。拔長(zhǎng)時(shí)坯料長(zhǎng)度變長(zhǎng)，橫截面積變小，其過程大體分為拔方、倒棱、滾圓三步。拔長(zhǎng)時(shí)，送進(jìn)量不能太大，一般應(yīng)小于坯料寬度，這時(shí)，金屬沿坯料的縱向流動(dòng)大于橫向流動(dòng)，反之，則金屬沿坯料的橫向流動(dòng)大于縱向流動(dòng)，降低了拔長(zhǎng)效率。同時(shí)，單邊壓下量應(yīng)等于或小于送進(jìn)量，否則會(huì)產(chǎn)生折疊。而且鍛錘上下砧的邊緣應(yīng)倒成圓角，否則也會(huì)產(chǎn)生折疊。在倒棱時(shí)，鍛錘的擊打力應(yīng)輕些，以免坯料中心及端頭出現(xiàn)裂紋，而且倒棱應(yīng)及時(shí)，否則由于棱角溫度降低較快，易在棱角產(chǎn)生裂紋。鍛件開始鍛造時(shí)，由于出爐周轉(zhuǎn)造成溫降，此時(shí)應(yīng)輕錘快打，等溫度上升后，應(yīng)重錘慢打，在鍛制后期由于溫降較大，又要輕錘快打，否則鍛件表面易開裂，甚至產(chǎn)生內(nèi)裂紋。 在實(shí)際鈦合金加工生產(chǎn)中，也可通過改變應(yīng)力狀態(tài)來改變材料的可鍛性。如用平砧拔長(zhǎng)時(shí)，可將下砧改用V型砧，由于坯料側(cè)面壓應(yīng)力的作用，減小了毛坯心部的拉應(yīng)力，可避免裂紋的產(chǎn)生。 2 鐓粗 鐓粗時(shí)坯料高度變小，橫截面積變大。當(dāng)變形量較大時(shí)，較之拔長(zhǎng)更能擊碎坯料中心部位的樹枝晶、偏析等缺陷，達(dá)到改善組織的目的。鐓粗時(shí)，鍛件軸向受壓應(yīng)力，但與軸線成45度角方向有較大切應(yīng)力，故沿此方向易產(chǎn)生斜裂。有時(shí)候，由于拉應(yīng)力還會(huì)產(chǎn)生縱向開裂。當(dāng)鐓粗比H0/D0（即坯料高度與直徑的比值）=3時(shí)，若錘擊力不足，坯料兩端會(huì)產(chǎn)生雙鼓形，此時(shí)應(yīng)先滾圓，若繼續(xù)壓下，就會(huì)產(chǎn)生夾層。有時(shí)，為使端面平齊，錘頭下壓的同時(shí)，坯料還要在水平方向適當(dāng)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)H0/D0>3時(shí)，會(huì)產(chǎn)生縱向彎曲，應(yīng)先校直后再鐓粗。一般情況下，在鐓粗過程中，應(yīng)H0/D0<3，在2―2.2范圍內(nèi)為好。 |