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鈦合金鍛件加工裝置及主要方式
2021-11-29

鈦合金是目前使用的材料中比強度較高的材料之一,具有抗腐蝕能力強₪✘·◕、強度高₪✘·◕、密度低₪✘·◕、中溫效能穩定等一系列優良特性₪✘,在航空航天工業₪✘·◕、生物醫藥₪✘·◕、石油工業以及原子能等高技術領域有著廣泛應用☁↟₪。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物件₪✘,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₪✘,則是為後續加工如鍛造₪✘·◕、軋製提供一定形狀₪✘·◕、一定尺寸₪✘·◕、一定組織和效能的材料☁↟₪。對於成品₪✘,不但要嚴格控制材料的組織₪✘·◕、效能₪✘,同時₪✘,尺寸₪✘·◕、表面質量均應滿足要求₪✘,其中任一項不合格均不能交貨☁↟₪。在實際生產過程中₪✘,如何採取正確的工藝路線₪✘,合理的鍛造方式以保證材料的組織效能和表面質量₪✘,尤其防止鍛件因組織而效能不達標或者表面出現較深的裂紋₪✘·◕、摺疊等造成尺寸超差₪✘,成為工程技術人員研究的課題之一☁↟₪。


鈦合金自由鍛造的裝置及主要方式

在目前的實際生產中₪✘,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☁↟₪。因為電爐加熱溫度易控制₪✘,精確度較高(一般±10℃)₪✘,且汙染程度小₪✘,成品前的加熱一般都要用電爐☁↟₪。鍛造裝置有鍛錘₪✘·◕、水壓機₪✘·◕、快鍛機等☁↟₪。自由鍛造鈦及鈦合金棒材的基本方式為拔長₪✘·◕、鐓粗₪✘,或者採用拔長₪✘·◕、鐓粗相結合的方式☁↟₪。當然₪✘,對於小規格的如Φ12₪✘·◕、Φ20等的棒材要採用軋製₪✘,對此文章不作討論☁↟₪。


1 拔長

金屬的塑性變形遵循體積不變規則和小阻力規則☁↟₪。拔長時坯料長度變長₪✘,橫截面積變小₪✘,其過程大體分為拔方₪✘·◕、倒稜₪✘·◕、滾圓三步☁↟₪。拔長時₪✘,送進量不能太大₪✘,一般應小於坯料寬度₪✘,這時₪✘,金屬沿坯料的縱向流動大於橫向流動₪✘,反之₪✘,則金屬沿坯料的橫向流動大於縱向流動₪✘,降低了拔長效率☁↟₪。同時₪✘,單邊壓下量應等於或小於送進量₪✘,否則會產生摺疊☁↟₪。而且鍛錘上下砧的邊緣應倒成圓角₪✘,否則也會產生摺疊☁↟₪。在倒稜時₪✘,鍛錘的擊打力應輕些₪✘,以免坯料中心及端頭出現裂紋₪✘,而且倒稜應及時₪✘,否則由於稜角溫度降低較快₪✘,易在稜角產生裂紋☁↟₪。鍛件開始鍛造時₪✘,由於出爐週轉造成溫降₪✘,此時應輕錘快打₪✘,等溫度上升後₪✘,應重錘慢打₪✘,在鍛制後期由於溫降較大₪✘,又要輕錘快打₪✘,否則鍛件表面易開裂₪✘,甚至產生內裂紋☁↟₪。


在實際鈦合金加工生產中₪✘,也可透過改變應力狀態來改變材料的可鍛性☁↟₪。如用平砧拔長時₪✘,可將下砧改用V型砧₪✘,由於坯料側面壓應力的作用₪✘,減小了毛坯心部的拉應力₪✘,可避免裂紋的產生☁↟₪。


2 鐓粗

鐓粗時坯料高度變小₪✘,橫截面積變大☁↟₪。當變形量較大時₪✘,較之拔長更能擊碎坯料中心部位的樹枝晶₪✘·◕、偏析等缺陷₪✘,達到改善組織的目的☁↟₪。鐓粗時₪✘,鍛件軸向受壓應力₪✘,但與軸線成45度角方向有較大切應力₪✘,故沿此方向易產生斜裂☁↟₪。有時候₪✘,由於拉應力還會產生縱向開裂☁↟₪。當鐓粗比H0/D0(即坯料高度與直徑的比值)=3時₪✘,若錘擊力不足₪✘,坯料兩端會產生雙鼓形₪✘,此時應先滾圓₪✘,若繼續壓下₪✘,就會產生夾層☁↟₪。有時₪✘,為使端面平齊₪✘,錘頭下壓的同時₪✘,坯料還要在水平方向適當旋轉☁↟₪。當H0/D0>3時₪✘,會產生縱向彎曲₪✘,應先校直後再鐓粗☁↟₪。一般情況下₪✘,在鐓粗過程中₪✘,應H0/D0<3₪✘,在2―2.2範圍內為好☁↟₪。



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