航空钛合金的钣金工艺及热处理

航空钛合金的钣金工艺刘文10号飞机0902班摘要：介绍航空钛及钛合金，重点对钛及钛合金的钣金成形工艺进行介绍。关键字：钛合金钣金成形工艺冷成型热成型1钛及钛合金的发展及特性1-1钛及钛合金的发展：钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到锨合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用。目前，世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～30种，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。钛合金可以分为α、α+β、β型合金及钛铝金属间化合物（TixAl，此处x=1）四类。1-2，钛的一般特性：(1)比强度高钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60％，纯钛的强度才接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。(2)热强度高使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。觉(3大)抗笼蚀性抛好剥社钛合茅金在绵潮湿只的大斯气和榆海水摧介质麦中工尽作，苦其抗邮蚀性拳远优臂于不糠锈钢针；对取点蚀闭、酸偶蚀、喂应力剑腐蚀震的抵橡抗力它特别从强；面对碱凤、氯箩化物掀、氯产的有逼机物声品、钥硝酸戒、硫肉酸等杨有优前良的寻抗腐羊蚀能毒力。例但钛票对具筑有还觉原性玩氧及污铬盐泡介质搜的抗树蚀性辆差。抓(4怎)低馆温性蹄能好轰贿钛合托金在讨低温辆和超龟低温柄下，两仍能额保持艘其力苍学性古能。洒低温闲性能浪好,搜间隙忘元素所极低言的钛幻合金援,如醒TA破7,廉在-旱25绝3伤℃里下还条能保楼持一干定的袋塑性盐。因论此，蓬钛合逗金也进是一至种重缩要的偷低温洗结构也材料呼。田(5心)化究学活偶性大番票钛的锁化学壳活性匪大，先与大或气中探O、往N、吧H、消CO凝、C攀O2携、水纸蒸气四、氨毁气等衔产生劝强烈喘的化今学反纷应。救含碳蓝量大蜻于0室.2帽％时抬，会领在钛冒合金彻中形志成硬盛质T论iC绪；温唐度较鲁高时国，与陡N作俱用也皂会形元成T丈iN凶硬质顽表层雅；在孔60插0陶℃掏以上吵时，成钛吸痛收氧霜形成翼硬度桂很高枕的硬脑化层恭；氢刑含量搂上升啊，也唯会形乳成脆译化层抛。吸喜收气六体而航产生鞠的硬援脆表页层深蒙度可愈达0厦.1午～0廉.1水5拜mm泉，硬家化程热度为膏20珍％～勤30耕％。挺钛的省化学园亲和肿性也航大，桌易与矩摩擦泽表面脉产生凤粘附允现象漠。奇(6墨)导搅热系睡数小罢、弹弟性模遗量小六辽钛的抬导热注系数辽λ航=1氧5.假24飞W/岩（m氧.K易）约衡为镍主的1趣/4猛，铁纤的1到/5浪，铝兆的1冠/1拣4，昆而各愿种钛继合金勤的导少热系艳数比晕钛的榴导热刮系数甘约下宿降5着0％毙。钛路合金患的弹掠性模滨量约缩为钢民的1趴/2催，故颜其刚芝性差奶、易缘变形栋，不奖宜制吨作细卸长杆霸和薄勾壁件聋，切醒削时烧加工赢表面气的回甩弹量之很大起，约停为不阶锈钢群的2抬～3族倍，览造成阔刀具柔后刀砖面的邀剧烈菠摩擦软、粘跃附、雷粘结亮磨损糊。樱1-羞3捉．胳钛的避物理趣性质李：愧物理啄性质幻盯状态事：纯江钛为本有光沃泽的仗白色荐金属利，强认度是削钢的欺两倍牌，比精刚轻酱45编％，湖比铝笑重6偶0％倍。陈垂熔笋点(伪℃吨):尸1躁66款0陪°息沸美点费(盼℃柔):决3到28魄7绒比枪热课/J裂/g挪K惊:单0.赚52藏绣蒸发颤热/另KJ狸/m偶ol弱:护4纵21近熔化县热/础KJ邻/m淘ol油:题15置.4满5口导电柱率／夜10续6/复cm馒:磨0骂.0除23没4导谱热系敲数／振W/乘cm麦K:驻0蹦.2居19籍2.拐钛和踩钛合乐金的因钣金剧成形惠2-绩1率冷成案形块钛合垂金选皆择冷旦成形梳工断艺方园法，柄一般帅是形领状简假单，撤变形兆率小早的零受件。膛焦在棚室温位下用树落锤斩成形述小变弊形率妙零件睬，与肚不锈崖钢类见似，先为了漂获得捉满意触的结章果，皆其最公小拨森模角桌3阻°侧，弯释曲半办径应缩尽可唱能大通些。筛李在响室温块下弯响曲钛欣合金狡零件溜会产占生很竖大的用回弹挂。退染火钛蛋合金掌的回蓝弹比搂固溶易处理贯或固烟溶与魄时效伐处理千的钛硬合金药来得唐小。脑回弹骨的计配算和结模具晓半径毙的确佳定可谎以参酷考图重3-收15物-7悦和图哥3-努15矮-8汗.糟冷态针弯出滥的最肺小弯误曲半归径对波于纯漆钛为球2到悠3倍没料厚阅，钛毫合金够4到捧6倍原料厚师。份哨某篮些钛太合金寺零件剪可以细在室资温压睛延。演与一驾般金拣属压侮延所改不同防的是无需要富大吨赚位的榜压床描，以形采用延液压批慢速根双动宰压床借为宜存。它韵的成鞋形速倦度要擦低，剥应低海于0洞.2光5米脂每秒决。模却具表摆面硬趣度要匀达到钥hr脂c＞翻60雄.凸遍模圆戏角半见径应庙大于床材料纺厚度毫的4毛到8奋倍。搅凹模妖圆角杠半径伍为材帐料厚器度的掘5到响10权倍，皇一般膏不超抛过厚件度的辅15述倍，较凹凸局模之网间间涨隙1瞎.2支5到澡1.耍30指倍料混厚。模图8原；列番出几质种钛且合金老的拉榨伸数遥据。梁图3牧-1菌5-旱8简尸退异火和刑固溶挺处理馆的钛面和钛束合金谋在常虽温下舍也能奉进行尝旋压兆或旋逐薄处窃理。失表3独-1牛5-丰9列赛出两堂种钛共合金国在室麦温下押手工危旋压傍平底剖桶形字件的铲成形予极限鸣数据单。从优表中劫数据划可以蔽看出盲毛料票直径营与料帆厚的壮比值退较小赢对成颜形有籍利，乘对于特厚度高小于俩0.狗5毫厚米的驱钛板悼进行父需加旱热旋杯压。止对于遍锥形艰件旋伍薄，贫在常疑温下尤的减季薄率这应小临于5落0%欢，若齐超过桃50粱%需信加热抬旋薄萌。敞猎橡喂皮成屋形一葵般在曾室温衰下进右行。烈在室傅温下辽橡皮件成形禾的零跳件需城经校尚正回河弹，奏钛合村金橡捧皮成乏形需馒要高燥的橡皱皮单毙位压馋力，傻目前宵已经陵发展戒到1显00隶0k留g每婚平方验厘米封，液辈压机翻的总忍吨位球达到卷10撞万吨顷。从论钛波板蒙徒皮拉深型和饭型材锯拉弯翼在室馆温下岭进行僵，回碧弹很肤大，摔拉型危时，冰板料弊拉伸猎方向绕尽可量能与拍轧制秆方向络一致径，以丢提高争拉伸敲变形香程度成。为伯了提曾高模今具寿父命，户可以木在常晓用的笔拉型烫模上纵包覆眨一层恳薄的喘不锈籍钢板型。现样代飞鉴机结挤构中假，常滔有许宜多钛粮板制命成的晓各种穷型材娇，通术常可悲以采厅用室序温下尺滚弯渗成形姥。誓钛合跨金的咽挤压翁或板跨弯型寿材压敏制下龟陷，裂冷态泪成形床较难衰，需屋要加姥热成男形促。妹2-封2.盗热成荷型皮钛合圾金冷款成型煌塑形弟低，衣回弹小大，诱特别番是零势件形和状比潜较复剃杂的姐更是涨难以特成行同，因炼此，皆常用田加热夸成形恳方法辽，竞低钛证合金哭加热席成形孤能使辨零件拌贴模熊，基盈本消繁除手窄工校举正量带。但闸是也殿带来拨许多悄问题阻：如叙工装励，设江备和裤工艺有问题喊。而压其中写主要号是加削热的奶设备痛和装腐置，斑耐高颠温模催具，行高温罗下的巾润滑狮和防半止污钢染等屠问题农。滥呈常客用的晋加热慨方式迅有3竿种：描一是闪利用吐常规企的冷肠成型撕设备兰和模织具，玻对零搭件进栋行加球热；肆二是跌利用激常规庭成形万设备龟，对燥模具糊进行搭加热齐；三犯是采染用专奏业的蹲加热兔压床圆或装壤置。搅2-免2-忌1．委加热触零件朗成形聚法擦这种播方法泊是加悄热成似形种砌最简另单，逼最方汤便的愁方法电。其冻特点威是可黄以利刚用一搁般冷肚成型修的冲爆压设鱼备和返工艺船装备指，另追外添统加一驰套加竿热零溉件的蝇装置棍，其拿加热嚷零件锅的方漆法有汪以下嚷几种械：工2-龟2-崭1-为1汉辐射枪加热杠法绒利用拴红外腥辐射文加热中零件望。红修外线用石英福灯加什热能屯在短惊时间达内（柴几十兽秒内蔑）将剃钛板畏加热毙到5疏00裳到6俊00搂℃忍。图糖3-航15赛-9战表示剂辐射验加热杰成形叫的方法宗2-教2-紧1-巩2．唉电吗阻加泉热法鞭利用救钛板诞自身骡有较其高的宗电阻鼻率，夏通电羽后使燕其自张身加搂热。词能在为十几吧秒或页几十发秒内纹，将守钛板锄加热谜到近胁千度主。这骨种方竹法主狗要用乒于落穴压，任拉弯足上，粒也可庆用于振拉型介和冲指压上爸。需猾要电猴源变昼压器慈。这知种加拾热方厌法的虚特点围是加疗热快到，成剂形快铃。图悼3-烘15歇-1瓶0是默在拉到弯时幸加热杆的示豪意图虏。歇2-炒2-郊1-炊3．扒火焰抚加热幻法写在冷薄压加吸工中奶，对久于难伐成形妖的局齿部本采用胞火焰谢局部惩加热丹，或劈落压纷中火奏焰加滥热全莫部板网件。哪这种示方法今也是夹一种寇简易树方法头。在永冷成越型的跨工装踢设备恩基础尸上只崭需要感附加不一套竿简易兵的加农热装龄置即职可。喂图3壮-1委5-宏11戒所示理为落团压和淋旋压佳成形跳中采飘用的警火焰宣加热恼法。校其热百源可鸦用燃泄气，附煤气锣，乙嫂炔焰礼和其前他可政燃气蛙体。勾这种俭方法阳的主梨要问捷题是纹比前摄两种损方法营有更元大的烛氧化交和污贼染问伏题，替受热藏不均蝴。饿2-啊2-于1-壤4.鱼类感应痛加热偷法宅这是途一种浪利用厕感应演高频后电源唤感应转加热乎的方蔬法，威其原美理见签图3用-1肌5-腥15答.加户热速关度快释，但究是由宋于设洋备的拢局限辽只适垃用于朱小型柄旋转均体零币件。胀2-晌2-千1-松5．啄炉经内加塞热法盖棵各种忧冷压锄成型偶设备贵旁边股附加股一加市热炉璃（图宾3-超15肤-1蹈3）摸。将龄毛料增在炉堆内加尖热，昨取出司后迅初速送味到模熔具上福成形风。由厦于毛拌料散惩热，偶故适息用于穗冲压歼和落渔压成味型。提腊以构上几聋种方丙法的卧特点绑是加扔热速丧度快印，快敢速成秧形，团因无筒蠕变落过程佳，员故成绕形后婆的零巧件仍境然有始少量殊回弹麦，还疼需要翠进行抬热校便形和铃手工哲校正矿。另都外，昌以上谈各种安加热慰方法架的成捎形温益度还外没有若好的驳测定漂方法驶。其倾次，甜板件幸容易削氧化呼和污物染。派但是猎它的孔优点海是采耗用常嘱用设掌备和廉模具肠，不偿要耐持热的微工艺征装备亩和特逆殊设侧备，招成本哄低，弟上马迈快。楼2-婶2-靠2肿加热峡模具诊成形新法鸽此方划法是被加热姥模具侍，然饱后毛皱料放年入模质内加戴热，糠达到证一定剥温度粪时压兵制成态形。恢成形绵过程屑中，模能保敌持一怀定的旨压力住和温提度，飞零件宽变形喜有蠕雾变过演程。鉴因此繁，容漆易贴觉模，更温度邮也容集易控添制，阀由于佩需要安一定米的压顶力，四一定肯的时佛间郊，因脉此多惰数在泥液压平机上乳成形师。便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