锻造铝合金

锻造铝合金（精选7篇）

锻造铝合金 篇1

摘要：铝合金等温锻件具有组织均匀、机械质量高等特点,在航空航天等领域应用越来越广泛。本文介绍了铝合金的塑性变形特点及应用前景,阐述了铝合金等温锻造研究现状及在材料、性能和加工制造方面的发展,分析了铝合金等温锻造特点及工艺关键。

关键词：机械制造,等温锻造,铝合金,发展,综述

1 前言

铝合金由于具有比强度高、比刚度高、导热性好等特点，成为飞行器轻量化的首选材料(图1)。目前，铝材在民用飞机结构上的用量为70%～80%，在军用飞机结构上的用量为40%～60%。在新型B777客机上，铝合金也占了机体结构质量的70%以上[1]。每辆空中客车上使用了180t厚铝板，大多数巡航导弹的壳体也是用优质的铝合金铸锻件制造的。由于用途特殊，大多数零件都具有结构复杂、形状特殊，且性能要求高。而铝合金材料在热加工时，因其成形温度范围窄、导热系数大、加上产品对象成形加工时的变形程度较大，导致其成形加工性差。因此，对复杂铝合金零件，特别是高强度铝合金零件的成形加工，大多采用等温锻造的方法来完成[2]。

2 合金等温成形技术的特点

等温锻造是近年发展起来的一种先进的锻造技术，它是指模锻的整个成形过程中，将模具和坯料温度保持相同或相近的恒定值，并用较慢的成形速度来完成的成形方法。在较高温度条件下，锻件以较低的应变速率变形，变形材料能够充分再结晶，从而可以大部分或全部克服加工硬化的影响[3]。

等温锻造工艺的关键是要求坯料在一定温度点或者在一定温度段发生变形，而且对不同变形坯料来说，其最佳变形温度有所不同，所以在等温锻造过程中温度的控制十分重要。锻模的温度要控制在和毛坯加热温度大致相同的范围内，使毛坯在温度基本不变的条件下完成锻造。等温锻造的成形速度很慢，一般在专用设备上进行，且需要特殊的模具加热装置。采用等温锻造加工得到的锻件，组织均匀、力学性能优良，锻件无回弹、尺寸稳定、材料的利用率高、表面质量好。等温锻造与常规锻造相比，具有以下优点：(1)变形速度低，变形温度恒定，克服了模冷、局部过热和变形不均匀等不足，且动态再结晶进行充分，锻件的微观组织和综合性能具有良好的均匀性和一致性。(2)显著提高金属材料的塑性，毛坯的冷却速度或变形速度均降低，因而大大降低了材料的变形抗力。(3)由于减少或消除了模具激冷和材料应变硬化的影响，不仅锻造载荷小，设备吨位大大降低，而且还有助于简化成形过程，因此，可以锻造出形状复杂的大型结构件和精密锻件。(4)等温条件使模锻过程在最佳的热力规范下进行，且加工参数可被精确控制，所以产品具有均匀一致的微观组织和优良的力学性能，并能使少切削或完全无切削加工的优质复杂零件的生产成为可能。

3 国外铝合金等温锻造的进展

1964年美国国际商务机器公司开始用等温锻造成形零件，在上世纪70年代就使用特种等温锻造设备和热锻模生产航空飞机发动机涡轮盘、燃料箱以及其他薄壁骨架件。美国魏曼·戈登、来迪思、卡慢伦三大航空锻件生产厂拥有能够生产优质精密粉末涡轮盘、高温合金及飞机用大型结构锻件的精密设备和先进技术。20世纪80年代初期，前苏联系列生产了等温锻造专用液压机(2500kN、6300kN、16000kN和40000kN)，这些设备均安装在俄罗斯有关厂所院校，进行铝合金叶片、飞机结构件和粉末高温合金涡轮盘等零件的等温锻造研究应用[4]。到上世纪90年代，美国相继开发了50000kN和100000kN的液压机，后者是当时世界上最大的等温锻造液压机(图2)[5]。

4 国内铝合金等温锻造的进展

哈尔滨工业大学的刘润广、王仲仁、吕炎教授等人从上世纪80年代开始研究铝合金等温锻造工艺。1985年，刘润广、王仲仁等人对LD5锻铝合金叶片等温精锻造进行了研究。1993年，刘润广对2618A铝合金作动筒铰链接头的成形工艺进行研究[6]，生产出的零件晶粒度达到1.0级，金属填充性好，可以模压出形状复杂、清晰的特高筋薄腹板型精锻件，其加工余量较小，尺寸精度较高，最大筋高/筋宽为l6.25。在这一期间，景德镇航空锻铸公司生产出了国内最早装机的铝台金精密锻件[7]。

1999年，刘润广等对2214、2618等多种型号的铝合金摇臂等温模锻工艺进行研究[8,9,10,11]。在试验中，坯料加热到455℃，模具加热到450℃，初始应变速率和最终应变速率分别为9.6×10-4s-1～1.2×10-2s-1，分三次等温模压时，金属的流动性和充填性好，变形抗力小，可等温模压出形状复杂的且满足尺寸精度要求的纵向摇臂。避免了锻件的外表面和内部的冶金缺陷，质量达到或超过当时法国锻件的技术要求。

2000年开始，北京航空材料研究院的李惠曲[13]等人对LD11(4032)铝合金等温锻造进行了研究，发现变形温度升高，变形抗力降低，有利于锻造成形，但过高易使合金发生过烧，在390℃～450℃、0.005s-1～0.05s-1范围内变形较为合适。低应变速率变形时，发生动态再结晶更充分;在高应变速率变形时，动态再结晶不明显。

图3所示为某火箭发动机上重要的受力零件，该零件形状复杂，尺寸较大，叶片薄而长，长度与厚度比值最大达10∶1。采用普通锻造方法不仅难以成形，而且扭曲的叶片使得分模面难以选取，锻后锻件无法脱模，叶片部分金属充不满，2005年，哈工大的单德彬、吕炎等[1]对该零件成形进行了研究，设计了如图4所示一副模具，利用等温锻造和闭塞模锻相结合的方法，采用MD6型水剂石墨润滑剂，模具和坯料的锻造温度设定为420±5℃，采用锥底凸模，压力设定为1800kN，保压5min，可得到成形质量良好的锻件[14]。锻件流线完全按照叶片几何外形分布，无穿流、窝旋等缺陷，结晶组织为完全结晶组织，晶粒基本呈等轴状，晶粒大小为8～9级，对叶片试样进行强度测试，σb=413.5MPa，δ=29.13%[15]。

目前,我国最大的等温锻造油压机为100000kN，安装在陕西三原的红原航空锻铸工业公司[16]。2005年，该公司利用万吨油压机、龙门数控镗铣机床等先进设备，生产出目前国内最大铝合金等温锻件。

2008年，西北工业大学的刘鸣等研究了不同等温锻造温度对2B70铝合金显微组织与力学性能的影响[17]。研究表明等温锻造及固溶时效处理后，显微组织不具有明显的方向性，晶粒多为等轴晶，具有优良的组织均匀性和稳定性。在450℃～480℃区间内，S(Al2CuMg)和Mg2Si等强化相析出明显增多，480℃时晶粒明显长大。

2008年，首都航天机械公司[18]对2A13、7A04等材料的等温成形进行研究。采用水基石墨润滑剂，如图5所示，锻件纤维流线完整，呈各向同性，经检测，内外部质量可靠，零件尺寸公差±0.2mm，表面粗糙度Ra不大于3.2μm。材料利用率由10%提高到80%，切削加工量降低到原来的20%以下。

5 结束语

等温锻造目前用于产品的一次加工，产品微观结构均匀一致，力学性能良好。作为加工手段，希望铝合金产品具有多种力学性能时，可通过控制变形温度、变形速度、变形程度来实现这一目标。目前，铝合金锻件已经逐渐应用于航天航空、汽车和电子等行业中，通过加工工艺和模具结构的优化，将进一步扩大铝合金锻件在生产中的应用。

汽车铝合金轮毂锻造成形工艺研究 篇2

随着我国制造业水平的不断提高, 我国汽车工业在向环保、安全、舒适、节能等方向发展。汽车轮毂作为汽车的重要部件, 性能的好坏直接影响着汽车的安全和舒适性。铝合金轮毂质量轻, 强度高, 散热好, 外观优美, 已逐渐取代了传统的钢制轮毂。

二、汽车铝合金轮毂成形方法简介

(一) 铸造成形法。

铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里, 经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛坯因近乎成形, 而达到免机械加工或少量加工的目的, 降低了成本并在一定程度上减少了时间。铝合金轮毂的铸造成形具有适应性强、品种多样、生产成本较低的优点, 是生产铝合金轮毂较为普遍的方法。

(二) 锻造成形法。

锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力, 使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷, 优化微观组织结构, 同时由于保存了完整的金属流线, 锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件, 除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外, 多采用锻件。现代锻造技术已基本形成了自已的一套加工体系, 以应用热模锻为例, 其简要工艺流程如下图:

(三) 旋压成形法。

旋压是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧、横轧和滚挤等工艺特点的少无切削加工的先进工艺, 将金属筒坯、平板毛坯或预制坯用尾顶顶紧在旋压机芯模上, 由主轴带动芯棒和坯料旋转, 同时旋压轮从毛坯一侧将材料挤压在旋转的芯模上, 使材料产生逐点连续的塑性变形, 从而获得各种母线形状的空心旋转体零件。

旋压成形的优点在于:产品精度高, 表面光洁度好;产品的性能好、范围广;材料利用率高, 产品成本低;工艺和装备简单、所需吨位小。属于少切削或无切削加工工艺。

三、汽车铝合金轮毂锻造成形工艺

(一) 锻件工艺性。

锻件的工艺性, 主要考虑锻件的材料、形状、尺寸精度和表面质量等方面, 具体说明如下:

1.材料。

能采用开式模锻方法进行锻造的材料, 基本都可以进行闭式模锻, 一些塑性较差的材料采用闭式模锻更为有利。一般模锻用铝合金、镁合金等轻金属和有色合金, 因为这几类合金在模锻时温度低, 不易产生氧化、模具磨损小。

2.形状。

如齿轮坯、轮毂、轴承等旋转体锻件最适合于整体凹模模锻。形状复杂的锻件, 只要模锻时能从凹模模膛中取出, 就可采用整体凹模模锻, 若不能采用整体凹模模锻, 可采用可分凹模模锻。所有旋转体锻件和部分形状复杂的锻件还可进行精密模锻。

3.尺寸精度和表面质量。

在锻造成形的工艺分析和模具设计中, 应考虑影响锻件精度的诸因素, 进行具体分析计算, 以确定锻件的尺寸精度。但是, 由于影响因素比较复杂, 使得理论上不易准确地计算。

(二) 汽车铝合金轮毂锻造成形具体步骤。

锻造轮毂模锻工艺过程的主要内容涉及如下9个方面:一是根据产品零件图绘制锻件图;二是确定模锻工序和辅助工序 (包括旋转锻、预锻、终锻、扩口切边和旋压) , 决定中间毛坯的形状和尺寸;三是确定加热方法和加热规范;四是确定清除坯料表面氧化皮或脱碳层的方法;五是确定坯料尺寸、重量及其允许的公差, 选择下料方法;六是选择设备;七是确定坯科和模具润滑、冷却方法;八是确定锻件冷却方法和冷却规范;九是确定锻件热处理方法。

锻件的热处理方法及锻件的技术要求和检验要求, 应根据生产的具体零件而定。

四、结语

目前, 世界汽车工业正向着轻量化、高速、安全、节能、舒适、低成本、长寿命与环境污染小的方向发展。作为汽车重要部件的轮毂, 其需求不断增加, 生产方法也不断发展, 铸造、锻造、旋压以及各种成形相结合的各类新技术不断涌现。锻造轮毂在大中型载货车和大中型客车上, 轿车上都得到了广泛使用, 同时在国内多家有实力的铝轮制造企业得到广泛应用。

摘要：本文对汽车铝合金轮毂几种成形方法的特点进行了简要介绍, 并对轮毂锻造成形工艺进行了分析, 为铝合金轮毂锻造成形工艺的研究提供了参考。

等温锻造钛合金技术研究新进展 篇3

“等温锻造”的概念出现于20世纪60年代, 其研究始于美国, 很快前苏联也投入其中, 使得相关工作取得进步。等温锻造是指在锻造过程中, 毛坯和模具都保持稳定或变化非常缓慢且高于常规锻造的温度, 创造出优于常规锻造的条件, 使许多常规锻造存在的缺陷在等温锻造条件下能较好地克服。

钛是20世纪50年代开发出供制造业使用的金属, 具有强度高、耐热耐腐蚀、韧性好等优点, 是汽轮机、发动机及航空航天等精密零部件的优选材料。据NASA估计, 到2020年发动机材料总量的20%~25%将是钛铝合金。钛合金锻造融合CAD/CAM技术, 采用等温锻造、超塑性锻造等新兴工艺, 可防止出现在常规锻造条件温度下降迅速导致材料成形困难的状况, 使毛坯保持和模具相同的温度, 提升钛合金材料塑性, 可将需要多次成形的工件一次精锻成形。除此之外, 等温锻造减少了锻后加工余量, 节省购买昂贵的钛合金材料而支付的生产成本, 同时降低锻造效果对操作人员个人技术的依赖, 大幅提升锻件质量。

1 等温锻造特点

常规锻造下, 毛坯温度高于模具温度并不断将热量传递给模具, 毛坯自身迅速冷却, 内部分子动能降低, 难以克服分子间引力, 导致塑性降低, 变形抗力增加。这就要求使用大吨位锻造设备, 而形状复杂的结构如薄壁、高肋件则成形困难且易开裂。

等温锻造特别适合于常规条件下因塑性差、锻造温度范围窄、变形抗力高等引起成形困难的合金及一些金属材料, 要求模具和毛坯均保持低于或等于热锻温度不变。由此可增加材料的塑性, 降低分子间的引力, 增加材料对应变速率的敏感性, 增加毛坯与模具接触时间。同时, 等温锻造对锻压加工设备的压力要求降低, 其原因在于此时由于温度较高, 材料的变形抗力大幅降低, 只需要常规锻造压力的20%~30%就可以进行锻压加工。采用等温锻造加工的零件各部位变形均匀, 微观组织和机械性能较好, 加工余量小。

2 钛合金等温锻造研究成果新进展

Ti-6Al-4V是世界上第一代能大规模应用的钛合金, 相关基础研究成果较多。奥地利研究人员提出细胞自动机方法并结合晶粒动力学进行Ti-6Al-4V合金等温和非等温热处理双相晶粒结构建模, 建立了预测微观两相区域晶粒尺寸变化的概率性细胞自动机模型[1]。

德国赫姆霍兹材料研究院采用铸块冶金学研究了大尺寸钛铝合金件, 指出采用无损检测 (NDE) 技术新方法处理的大尺寸钛铝合金材料可用于生产高质量磁盘和整体叶盘等产品[2]。

俄罗斯科学院通过添加硼元素改进钛合金, 发现加硼后的钛合金有利于变形加工。硼合金化处理的VT8钛合金在700~1 000℃范围能大大提升压缩屈服应力;在650~700℃多重等温锻造时加快了动态再结晶动力学速度[3]。

目前用等温锻造进行模拟制造的零件主要集中在航空和汽轮机的零部件上。叶片和叶盘类零件的研究很多, 采用的材料主要为TC4钛合金。此外, 航空用的钛合金机翼和钛铝合金舱壁取得了长足的发展。

特殊加工工艺的采用能够增强钛合金等温锻造后的机械性能, 有利于锻造成形并获得质量较好的锻件。例如Huang Shuhui等[4]观察了TC4钛合金叶片未置氢和氢质量分数0.25%时等温锻造后等温锻造组织的演变, 得出置氢使叶片强度提升11%, 伸长率下降3%~15%的结论。

3 钛合金等温锻造的应变速率因素影响分析

钛合金等温一次锻造成形过程中模具与毛坯接触时间约为102~103s, 应变速率比非等温锻造低, 其数量级一般在10-3~10-5m/s范围内。由于温度在锻造过程中是相当重要的因素之一, 目前研究应变速率对锻造效果的影响需要结合温度条件。

李晓丽等[5]对TC6钛合金晶粒尺寸演变的研究发现变形速度越大, 晶粒尺寸越小, 但分布越不均匀。

Z.L.Zhao等[6]通过Ti-17粉末压块等温锻造在810~920℃范围内应变速率为0.001~1 s-1范围时得到不同变形条件下的能量损耗效率, 据此划分钛合金流动稳定区域和不稳定区域, 指出应变速率在研究范围内取较低值能有效改变微观结构。

Feng Cheng等[7]进行的复杂形状的钛合金机翼等温锻造模拟结果显示等温锻造载荷不仅与锻造温度相关, 也与压机速率相关;压机速率越慢, 填充性越好, 温度在900~950℃时对填充性的影响最小, 机翼的机械性能显著提升。

4 钛合金等温锻造的温度因素

温度是钛合金等温锻造中非常重要的因素。为取得良好效果, 目前的研究温度主要集中在800~1200℃范围内。为了进行锻造结果对比, 研究的温度已低达700℃以下, 如TC4-DT钛合金近等温锻造微观结构和机械性能研究中最低温度达到400℃[8]。不进行温度对比的等温锻造研究基本都在800~1 200℃范围内, 更集中一些可缩小至900~1 100℃。TC4钛合金叶轮成形模拟将坯料及模具温度分别设为940℃、900℃[9];TC11钛合金叶轮精密成形设计方案中模具及坯料温度为950℃[10]。

为了得到不同温度条件下钛合金材料的最佳锻造效果, 研究人员在研究过程中会采用两种方式。第一种方式是选取2~3个不同的温度, 如判断TC4钛合金等温锻造时是否进入超塑性变形状态, 分别采用900℃、925℃、950℃三个不同的变形温度进行分析[11];描述Ti-22Al-25Nb合金的等温锻造流动应力并计算其表观活化能时, 选择的温度分别为1 060℃和940℃[12]。

第二种方式是选取一个或多个温度范围, 通过软件或实验对钛合金材料产生的变化进行连续的模拟与分析。如TC6钛合金的微观结构研究将温度范围选择在860~950℃[5];挤压比为12的双相γ-Ti Al合金棒材的等温热压缩实验将温度设定在900~1 100℃[13];为获得超细结晶微观结构和较好的性能增强效果, Ti-17粉末压块等温锻造温度选为810~920℃[14]。

研究结果认为, 相对于第一种方式, 选择第二种方式更普遍也更能准确把握钛合金材料在等温锻造过程中的变化规律, 甚至可以认为后者是前者的基础。上述第一种方式中Ti-22Al-25Nb合金的研究将锻造温度选为1 060℃和940℃, 其原因在于940~1 000℃时材料呈α2+β/B2+O三相结构, 而1000~1060℃时材料则呈α2+B2二相结构[12]。

有的文献仅给定了温度的相对关系。如X.G.Fan等[15]基于最终加热温度和初始温度关系研究了TA15钛铝合金等温局部加载成形的微观结构形态和微观特征并评价其等温成形过程的摩擦因数。上述研究成果均为等温锻造研究打下了理论基础, 其他同类研究成果还有很多, 在此不一一例举。

5 结论

1) 钛合金等温锻造不要求使用大吨位锻造设备, 从而降低了等温锻机的液压系统设计难度;等温锻造过程中持续的高温可降低变形抗力, 有利于锻件一次成形, 减少加工工序, 提高生产效率;锻造的零件各部位变形均匀, 微观组织和机械性能较好, 加工余量小。

2) 在等温锻造研究中温度仍是研究的重点。此外随着新材料开发, 钛合金材料中的微量元素成分一直在变化。为了获得较好的锻造结果, 使锻件机械性能良好, 不同成分的钛合金对锻造温度有不同的要求, 这就需要与新材料对应的新研究来找到最合适的温度范围。

3) 研究应变速率对钛合金等温锻造的研究中, 应首先确定温度, 再选取应变速率。应变速率变化产生的影响将受到温度的制约。所以以后的应变速率研究, 必须基于温度研究的结论, 在合适的温度范围内确定应变速率范围。

4) 等温锻造尚处于发展阶段, 还可以引入很多理论研究和新实验方法。目前有效的研究方式不一定是最佳的, 还会有研究人员提出新观点, 借鉴其他成形加工的工艺或从材料研究中找到提升锻件质量的方法。

摘要：钛合金强度高、密度低、耐热耐腐蚀、韧性好, 是良好的现代工业和航空航天材料。采用等温锻造工艺的钛合金变形均匀, 微观结构较好, 加工余量小, 机械性能高于常规锻造。文中介绍了近10年等温锻造钛合金材料研究及产品开发进步现状, 总结了温度和应变速率在钛合金等温锻造中的影响效果。同时结合新材料和新工艺分析了今后钛合金等温锻造研究的发展方向。

钛合金常见锻造缺陷及预防策略 篇4

1.1 组织不均匀。金属锻压过程中, 由于外摩擦等因素影响会产生不均匀变形, 这对实现成形和成形后材料组织性能有重要影响。钛合金在变形温度800℃~950℃时, 晶粒尺寸虽然得到了细化, 但再结晶体积分数较小;在950℃~1150℃时, 动态再结晶较为充分, 组织均匀性相应得到改善, 但温度超过1050℃, 晶粒过分长大, 合金组织粗化严重。具体如图1。

这种粗大 α 块又称大白块, 与网篮组织中细小的正常 α 条相比, 其晶界面比较粗糙, 凹凸不平, 在形态上表现为不均匀, 粗大、由晶界向晶内生长, 而正常 α 条的晶界面比较平滑, 影响了锻件质量。

1.2 对性能的影响。首先, 容易变形。若工具预热温度过低, 设备的打击速度低, 变形程度又较大, 往往在纵剖面或横截面上形成X形剪切带。水压机上非等温镦粗时尤其如此。这是因为工具温度低, 坯料与工具接触造成金属坯料表层激冷, 变形过程中, 金属产生的变形热又来不及向四周热传导, 从表层至中心形成较大的温度梯度, 结果金属形成强烈流动的应变带。其次, 有残留铸造组织。钛合金。锻件有残留铸造组织时, 横向低倍组织的心部呈暗灰色, 无金属光泽, 有网状结构, 纵向无明显流线;高倍组织中的树枝晶完整, 主干支干互成90°。高温合金的残留锻造组织, 在低倍组织中为柱状晶, 枝干未破碎;高倍组织中的晶粒极为粗大, 局部有破碎的细小品粒。

1.3 裂紋缺陷。主要指锻造裂纹。钛合金的粘性大, 流动性差, 加上导热性不好, 因而在锻造变形过程中, 由于表面摩擦力大, 内部变形不均匀性明显以及内外温差大等, 容易在锻件内部产生剪切带 (应变线) , 严重时即导致开裂, 其取向一般沿最大变形应力方向。锻造产生的裂纹, 可能是锻造折叠还有可能是锻造后的淬火裂纹, 制备裂纹的横向金相试样看看裂纹附近的组织, 是否有过热过烧的组织, 能分析裂纹断口, 看看断口表面氧化物的成分。

2 加强钛合金锻件加工质量措施分析

2.1 改善钛合金自由锻件组织均匀性。首先, 在钛合金大规格棒材的轧制生产过程中, 由于变形道次少, 原始铸坯中粗大、不均匀组织往往得不到充分、有效改善。棒材低倍组织容易产生晶粒粗大且不均匀。同时, 防止在钛合金中出现这种不均匀组织。钛合金在熔炼凝固过程中, 由于各类合金元素的平衡分配系数≠1, 致使后凝固的晶界处有 α 稳定元素富集与偏析, 所以在其富集处 α 相首先析出, 并沿晶界向晶内生长, 从而形成了粗大 α 块, 微区成分偏析是产生这种不均匀组织的根本原因。第三, 打碎柱状晶, 改善宏观偏析, 把铸态组织变为锻态组织, 并在合适的温度和应力条件下焊合内部孔隙, 从而不断提高材料的致密度。通过这些举措能够使锻件的冲击韧度、疲劳强度及持久性能等也随之得到了提高, 然后通过零件的最后热处理就能得到零件所要求的硬度、强度等良好的综合性能。

2.2 防范性能缺陷。首先, 必须考虑锻造过程中的中心热效应。不能连续重击坯料。钛合金锻造在有条件的情况下建议采用压力机或快锻机, 该类锻造设备打击速度低, 锻造过程中坯料瞬时应变速率较低, 产生的变形热不是非常明显, 同时有足够时间进行变形热扩散, 不会导致瞬时心部温度明显增高。其次, 采用预成形或顶锻, 加大顶部、根部及毛边槽桥部与模槽连接处的圆角半径, 加大内外模锻斜度等措施, 能有利于避免金属流动过程中急剧转弯而造成上述缺陷。第三, 钛和钛合金的变形抗力大, 锻造温度窄和缺陷敏感性高。钛材的加热要防污染, 一般采用电炉、感应炉, 用煤气炉加热时火焰不能直接喷射到金属表面上。钛材的锻造温度一般控制在800-1150℃之间, 加热温度不宜高, 时间不宜长, 否则容易被气体污染, 吸氢, 吸氧, 使晶粒粗大影响锻件质量。

2.3 防范裂纹缺陷。首先, 模具要预热。模具预热为使锻造顺利进行, 并减少锻造过程中金属的温降, 尤其是减少坯料表面激冷, 锻造钛合金的模具需要预热。否则, 金属的温降和表面激冷将使金属不能很好地填充模具型槽及有可能导致很多裂纹。用于钛合金锻造的模具预热系统通常是可拆式的, 但有时也采用装在压力机上的加热装置。可拆式模具加热系统通常是燃气加热器, 它可以在模块装配到锻造设备之前将模具缓慢加热到所需温度区间。固演在压力机上的加热装置通常采用感应加热或电阻加热。其次, 要多向反复镦拔。它是在 β 转变点温度以上80~120℃始锻, 交替进行2~3 次镦粗和拔长, 同时交替改变轴线和棱边。这样使整个毛坯截面获得非常均一的具有 β 区变形特征的再结晶细晶组织。如毛坯在轧机上轧制, 可不必进行此种多向镦拔。第三, 锻造时, 棱角处冷却最快。因此拔长时必须多次翻转毛坯, 并调节锤击力, 以免产生锐角。锤上锻造, 开始阶段要轻打, 变形程度不超过5%~8%, 随后可以逐步加大变形量。

结束语

近年来, 钛合金因其高的比强度、优异的耐腐蚀性、良好的生物相容性等优点, 迅速发展成为具有强大生命力的新型关键结构材料, 被广泛应用于航空航天、军事工业、石油化工以及医疗卫生等领域。因此, 加强钛合金锻造缺陷的形成, 并采取有效预防措施具有十分重要的价值。

摘要：钛合金由于具有高比强、低密度、耐高温、抗腐蚀及无磁性等优异的综合性能, 使其成为当代航空航天领域最具前途的金属结构材料之一。目前工业钛合金80%以上以变形钛合金使用, 如锻件、锻棒及轧制型材等形式。锻造变形是保证钛合金材料获得理想组织与性能的最主要手段, 但是不正确的锻造工艺往往会使钛合金产品出现一些不理想的组织和冶金缺陷, 从而恶化其力学性能, 给钛合金产品的正常使用造成潜在危害。

关键词：钛合金,材料,结构

参考文献

[1]张利军, 李时威.解决钛合金薄壁工件切削加工变形的工艺[J].金属加工 (冷加工) , 2011 (20) .

[2]薛光荣, 夏敏勇.N_2O-C_2H_2火焰原子吸收光谱法测定变形钛合金中铁[J].现代科学仪器, 2009 (2) .

锻造铝合金 篇5

“节能减排”是社会关注的焦点, 对交通工具要求:轻量化、低排放、低污染, 交通制造业将目光转移到高性能的轻合金材料开发应用[1]。轮毂, 采用轻合金材料, 不同成形工艺, 满足市场需求的结构多样化, 满足使用者的审美要求。本文主要针对国内外的专利申请趋势进行了简要的统计和分析。

2 国内外轮毂成型的技术发展历程

1923年, 日本首次在赛车上安装铝轮毂, 1958年出现整体铸造铝轮毂, 接着出现了锻造铝轮毂, 1979年美国将铝带成型轮毂定为标准轮毂, 1988年, 戴卡轮毂有限公司建立了我国第一条铝轮毂生产线, 90年代中期, 中国轮毂产业进入发展期, 并且持续保持强势的增长速度。

锻造轮毂出现较早, 相比铸造轮毂有更好的力学性能, 但成本高, 近年来出现了模锻成型技术、铸造锻造的复合成形技术、半固态模锻等技术。模锻成型工艺是指在模锻设备上, 利用高强度锻模, 金属坯料在模膛内受到压力产生塑性变形, 而获得所需尺寸和质量锻件的加工方法[2]。铸造锻造的复合成形技术, 它是将铸件作为锻造工序的坯料使用, 对其进行塑性加工的方法[3]。半固态模锻, 它是将半固态坯料加热到一定体积液相的半固态状态后进行一次模锻成形, 从而获得所需的接近尺寸成品零件的工艺, 中信戴卡可以采用此工艺生产轮毂[4]。常见的轮毂锻造成形工艺如图1所示:

3 专利文献分析

本文对锻造轮毂进行了定量分析, 包括对专利申请量、主要专利申请人、专利申请主要分类号等方面的分析。本文主要在CNABS、VEN数据库中针对关键词:车轮or轮毂、hub?or wheel?;锻造or模锻、forg+or die?or mo?ld?;镁or铝、Mg or Al进行分析统计。

专利申请量分析:

3.1 专利申请量

锻造轻合金轮毂, 从1960年开始迅速增长, 并从2000-至今达到一个高峰期, 对于锻造轻合金轮毂在中国专利申请大体经历了以下三个阶段:

(1) 缓慢发展阶段 (1986-2002) 。2002年之前, 锻造轻合金轮毂国内申请量很少, 发展缓慢;

(2) 快速发展阶段 (2002-2010) 。2000年-2010年, 随着铸造锻造复合成型、半固态模锻成型等的出现, 国内轻合金锻造轮毂快速发展, 中国首条锻造铝合金轮毂生产线于2004年在戴卡轮毂制造有限公司投产使用, 轮毂生产能力约100万件/年;

(3) 平稳发展阶段 (2010-现在) 。2010年-现在, 由于锻造轻合金轮毂相比铸造轮毂价格更高, 锻造轻合金轮毂一般用于高端车辆上。

3.2 分类号和申请人分析

在CNABS/VEN数据库中对申请人、关键词、申请国家进行了统计, 由于统计方式的缺陷 (如同一申请人的多种表达被分开、重复统计) , 获得的数值结果并不能准确说明各个申请人的申请量, 但是总体上可以体现出国内申请的特点:国内申请中企业申请量占据了绝对的优势, 锻造轻合金轮毂生产主要集中在天津、浙江、河北、安徽等地;锻造轮毂专利申请量位于前五的分别为日本、中国、美国、英国和德国, 在对申请人进行统计时, 发现排名前5的申请人都是日本公司。所以, 对于锻造轮毂领域, 日本做得最好, 当遇到新工艺时, 要重点检索日本文献, 为了提高检索效率, 在遇到锻造轮毂方面的专利申请, 应首先考虑在中文库中检索, 再考虑日文库, 其次再考虑其他国家的文献。

3.3 分类号分析

在CNABS/VEN数据库中对IPC分类号进行统计。发现锻造轻合金轮毂主要集中在以下四个分类号:B21J13/02, B21K1/40, B21K1/28和B60B27/00。从中可以说明, 锻造轮毂的分类号准确, 以后遇到锻造轮毂申请, 重点考虑分类号检索。

4 结语与展望

伴随着制造业的飞速发展, 人们对轮毂的要求会越来越高, 在造型设计上, 它可以设计出一些活泼的细线条, 设计的自由度也更高, 在未来的轮毂制造行业里, 随着锻造工艺的进一步发展, 锻造轻合金轮毂在满足高性能的前提下, 价格会逐步降低, 锻造轮毂应用会越来越广泛。

参考文献

[1]Kaneko, tadataka, Suzuki, etc.Automotive applications of magnesium alloys[J].Materials Seience Forum, 2003, 419-422 (I) :67-72.

[2]秦皇岛燕大现代集成制造技术开发有限公司.镁合金车轮锻造成形方法及模具.CN102632185 A[P].2012-08-15.

[3]华北工学院.镁合金汽车轮毂铸挤复合成形方法.CN1429717A[P].2003-07-16.

锻造铝合金 篇6

随着我国国民经济、科学技术的大发展, 航天、航空工业近年迎来了新的发展契机, 尤其在国家“大飞机”项目立项后, 民用航空制造产业将成为引领国民经济发展的新的经济增长点, 有着广阔的发展前景。民用航空制造企业为了不断提高飞机的先进性、可靠性、适用性, 增加国产飞机的国际市场竞争力, 对航空制造材料的选择要求越来越高;钛合金的主要特点是比重小, 强度高, 同时具有良好的耐热、耐腐蚀性能, 成为现代飞机受力构件的主选材料, 大大减轻了飞机重量, 其中TC4 (Ti-6AL-4V) 和TB6钛合金锻件在航空制造中应用较多。

2 钛合金及锻造工艺的分类

根据室温显微组织, 钛合金可分为三种类型:α型合金、α+β型合金和β型合金, 其中α和α+β型合金的热塑性与变形速度关系不大, 而β型合金有良好的可锻性但温度过低可能引起α相沉淀。钛合金的锻造工艺按锻造温度与β转变温度的关系, 分为常规锻造与高温锻造。

2.1 钛合金的常规锻造

常用变形钛合金通常都是在β转变温度以下锻造的, 称为常规锻造。根据坯料在 (α+β) 相区加热温度的高低, 可细分为上两相区锻造与下两相区锻造。

2.1.1 下两相区锻造

下两相区锻造一般是在β转变温度以下40～50℃加热锻造, 此时初生α相和β相同时参与变形。变形温度愈低, 参与变形的α相数量愈多。与β区变形相比, 在下两相区域β相的再结晶过程急剧加快, 再结晶形成的新的β晶粒不仅沿变形的原始β晶界上析出, 而且在β晶界内和α片层间的β中间层内出现。经这种工艺生产的锻件强度很高, 塑性较好, 但其断裂韧性与蠕变性能还有很大潜力。

2.1.2 上两相区锻造

它是在β/ (α+β) 相变点以下10-15℃的温度下始锻。其变形后的最终组织含有较多的β转变组织, 可提高组织的蠕变性能和断裂韧性;使钛合金塑性、强度、韧性兼得。

2.2 钛合金的高温锻造

也称为“β锻”, 分为两种:第一种是坯料在β区加热, 在β区开始并完成锻造的工艺方法;第二种是坯料在β区加热, 在β区开始锻造, 并控制很大变形量在两相区完成锻造的工艺方法, 简称为“亚β锻”。与两相区锻造相比, β锻造能得到较高的蠕变强度和断裂韧性, 还有利于钛合金周疲劳性能的提高。

2.3 钛合金的等温模锻

该种工艺利用了材料的超塑性及蠕变机理来生产较复杂锻件, 要求模具预热并保持在760～980℃的范围内;液压机以预定的值施加压力, 压力机的工作速度由毛坯的变形抗力自动调节。由于模具改为加热的, 不需要采用那么快的活动横梁去避免急冷。飞机上用的许多锻件都具有薄壁和肋高的特征, 故在航空制造中该种工艺得到了应用, 如国产某型机的TB6钛合金等温精模锻件工艺。

3 TC4锻件缺陷分析及工艺改进

3.1 TC4锻件缺陷的出现及分析

某厂按航标进行TC4锻件试生产时, 检测出试件几项锻件性能指标不合格, 其中“缺口应力断裂”指标小于5小时, 针对此问题, 首先应从TC4的金相组织形态分析, 然后从锻造工艺找原因。

3.1.1 TC4的金相组织形态特征

TC4钛合金属α+β型钛合金, 组成为Ti—6AL—4V, 退火组织为α+β相, 含有6﹪的α稳定元素铝, 通过固熔强化使α相的强度得到提高, 钒稳定β相的能力较小, 因此退火组织中β相的数量较少, 大约占7-10﹪。

TC4合金在不同的热处理和热加工条件下, 基本相α、β的比例、性质和形态是很不同的。TC4合金的β转变温度在1000℃左右, 若将TC4加热到950℃, 空冷后所得组织为初生α+β转变组织;如加热到1100℃、空冷, 则得到粗大的完全转变的β相组织, 称为魏氏组织。如果加热和变形同时作用, 影响更加明显, 将TC4合金加热到β转变温度以上, 但变形较小, 即形成魏氏组织。其组织特征是:塑性、冲击韧性较低, 但抗蠕变能力较好。如果开始变形温度在β转变以上, 但变形程度足够大, 则得到的组织特征是:α相勾划出的β晶界部分被粉碎, 条状α相部分被扭曲, 称为网篮状组织。其特征是塑性、冲击韧性较魏氏组织好, 近似于等轴细晶组织, 高温持久和蠕变性能较好。如果加热温度低于β转变温度, 且变形程度足够, 即得到等轴组织。其特点是综合性能较好, 特别是塑性和冲击韧性较高。如果在α+β相区高温部分变形后又经高温退火就混合型组织, 其综合性能好。

从以上对金相组织的分析可判断若TC4性能下降, 可能由锻造过程中两个环节引起:①加热温度过高, 达到或超过β转变温度;②锻件变形程度不够大。

3.1.2 TC4锻造工艺分析

锻造温度对α+β钛合金的β晶粒尺寸与室温性能的影响是随着温度的提高 (β相转变以上) β晶粒变大, 而延伸率和断面收缩率变小, 塑性下降;为了保证TC4锻件具有良好的综合性能, 应在β转变温度以下锻造。钛合金变形抗力较高, 但导热性较差;锻造时在合金剧烈流动和过重锤击下, 产生的变形可能使锻件个别部位温度超过β转变温度, 还有变形程度过大、过小等因素都会引起晶粒粗大, 使性能下降。综合上述可初步确定可能引起TC4锻件性能不合格的原因:①该批锻坯加热时温度过高、超过β转变点;②锻造时单次锤击过重, 使单次变形程度过大, 引起局部过热和聚集再结晶, 使性能下降。③锻后热处理温度过高, 使TC4锻件温度超过了β转变点, 形成魏氏组织, 降低锻件性能。

3.2 TC4锻造工艺参数改变及试验结果

3.2.1 试验参数的选取和结果

针对以上分析, 改变TC4锻造工艺参数 (表1) 同时锻造时注意轻打快打。 (注:下料尺寸￠50×113, 锻件尺寸50×65×65)

试验结果:所有性能指标均合格, 其中“缺口应力断裂”指标均大于5小时。

3.2.2 试验结果分析

(1) 从炉温及始锻温度看, 加热温度并没有过高, 即使再超过20℃仍可锻出合格件。

(2) 试验中采用单次锤击轻打快打, 试验锻件性能达标, 证明轻打快打是改善锻件性能的一个重要因素。

(3) 锻后热处理温度比原参数降低20℃, 也可能是改善性能的一个因素, 因为从温度上看, 若炉温由于控温偏差达到795℃, 这就超过了生产说明书规定的780℃, 就会导致锻件性能下降。

3.2.3 试验结果验证及结论

为了进一步验证试验结果, 又结合生产作了一个试验 (表2) , 在锤击时仍保持轻打快打的方法;结果锻件检测全部合格, “缺口应力断裂”指标均大于5小时。

试验前后TC4钛合金锻件力学性能见上 (表3) 。通过试验得出结论:在进行TC4钛合金锻件生产时, 应严格控制锻造的工艺参数;首先注意锻造中轻打快打, 降低单次锤击变形量, 其次锻后热处理温度理论值应定在760～770℃范围内, 这样才能保证TC4锻件的锻造质量。

4 钛合金锻造工艺的发展前景

钛合金的锻造工艺广泛应用于航空、航天制造业, 等温锻造工艺已用于生产发动机的零件和飞机结构件上;也越来越受到汽车、电力和舰船等工业部门的欢迎。在国外, 钛合金的应用已发展到很高的水平, 应用于更高温度的TiAL合金及金属间化合物已被人们所重视, 并进行了大量的研究;为了更好地应用这些材料, 同时对其变形工艺的也做了许多研究。人们还越来越重视对更高强度的亚β型钛合金的研究。钛合金的应用及锻造工艺的研究仍将是一项热门的课题。

参考文献

[1]张喜燕, 赵永庆.钛合金及应用[M].北京:化学工业出版社, 2005.

[2]王乐安.难变形合金锻件生产技术[M].北京:国防工业出版社, 2005.

[3]吕炎.锻件缺陷分析与对策[M].北京:机械工业出版社, 1999.

[4]王广生.金属热处理缺陷分析及案例[M].北京:机械工业出版社, 2002.

锻造铝合金 篇7

FGH96合金属于难变形材料,具有变形抗力大、热力参数容差小、锻后组织对锻造热力参数敏感且难以控制等特点,很难采用传统的成形工艺来生产,这给塑性成形工艺提出了更高的要求。粉末高温合金涡轮盘的生产,发达国家主要采用等温锻造的成形方法[1]。由于粉末高温合金锻造成形需要较高的温度,对模具寿命有较大影响,加之锻件在成形过程中易产生裂纹,因此,国内在考虑现有技术条件的基础上,也普遍采用等温锻造。

FGH96合金锻造温度范围为900℃～1100℃,锻造模具成本十分昂贵,只有综合考虑温度对材料的成形性能和模具强度及寿命的影响,才能优选出最佳的成形温度。等温锻造过程中,坯料和模具都处于高温状态,由于温度不但对材料的成形性能和流变抗力影响显著,而且对模具工作表面受到的应力和模具的强度也有很大的影响,因此,等温锻造成形温度的确定就显得尤为重要。在锻造温度范围内,随着温度的升高,工件的塑性变形抗力呈下降趋势,但另一方面模具自身的强度也呈下降趋势。当模具工作表面某些部位受到过大的峰值应力,则会造成此部位因应力大于模具材料的屈服强度而发生塑性变形,影响模具型腔的精确性和牢固性。此外,在很高的温度下工作,模具材料的相变、热应力和模具表面的氧化等都会相当严重。随着模具使用次数的增加,这些破坏形式的累积必然造成模具最终因热疲劳而失效,模具的使用寿命将会下降[2]。为此,选择一个合理的锻造温度,使模具承受到的工作载荷远小于模具材料本身强度,提高模具工作安全性,便成为解决问题的关键。

本文对FGH96合金盘件的等温锻造过程进行了热力耦合有限元模拟,得到了不同温度锻造过程中模具与坯料的应力场、应变场、速度场等场变量的分布。对于这些多变的因素,在等温锻造过程中,必然存在一个合理的工作温度,使得模具材料强度大于成形过程中的峰值应力,由于模具强度容限的增大将有利于减小模具因应力过大而造成破坏的可能。因此,根据求出的模具型腔表面受到的峰值应力变化曲线,并通过与模具材料的屈服强度进行对比,优选出了最佳的成形温度。

2 FGH96合金盘件等温成形模拟

有限元法能够对塑性加工过程给出全面、精确的数值解[3]。随着有限元技术和软件的发展大大简化了锻造加工工艺的设计和优化过程,能把一个昂贵、耗时、需要反复试生产的复杂热加工过程转化为利用计算机快速进行模拟计算,从而完成最佳工艺参数的理想设计。

终锻成形时模具承受的载荷最恶劣,是研究的重点。对于终锻成形的细晶态FGH96合金,根据等温恒应变速率热模拟压缩试验获得的流动应力数值,拟合出细晶态FGH96合金的本构关系[4]:

式中:σ———真实应力,MPa;

ε———真应变;

ε觶———应变速率,s-1;

n———应变速率敏感性指数;

Q———变形激活能,J;

R———气体常数,R=8.314 J/(mol·K);

T———变形绝对温度,K。

为了得到温度对模具型腔峰值应力的影响规律,需要把模具视作可变形体,才能获得模具内部的应力场分布,进而得到模具型腔的峰值应力。在较高的温度条件下进行热锻时,将工件材料的弹性变形忽略,则变形形式视为刚塑性体,模具变形形式采用弹塑性模型。由于涡轮盘是轴对称类锻件,其模具型腔为回转体,原始坯料为圆柱形棒料,应用MSC.SuperForm软件建立成二维轴对称模型,选定为热力耦合分析类型。将工件和模具都划分为四边形单元,某尺寸FGH96合金涡轮盘的成形过程有限元分析模型如图1所示。

在模拟时,摩擦因子取0.3,模具及环境温度范围为900℃～1100℃,坯料始锻温度与模具温度相等,采用给定位移行程加载方式,上模下压速度控制为0.05mm/s,与生产现场参数一致。FGH96合金等温锻造模具材料为K21,其屈服极限σ0.2和强度极限σb见表1所示。

图2是1050℃下涡轮盘等温锻造过程中有限元模拟得到的成形过程中模具和工件内部的等效应力场分布,其他温度条件下模具和工件内部的等效应力场分布与之相似。成形过程中模具所受峰值等效应力最大的部位是强度最薄弱的地方,由图中可以看出,变形量不大时峰值等效应力主要出现在坯料和顶料杆接触部位(图2a),坯料与下模以及下模与顶料杆接触的部位也存在峰值等效应力,随着变形程度的增加峰值等效应力只出现在下模与顶料杆接触的部位(图2b和图2c),成形结束时刻,模具内下模与顶料杆接触部位的峰值等效应力最大(图2d)。

图3是该盘件等温成形过程中的载荷—上模行程曲线。从图中可以看出,当上模压下至A点时,载荷有一个突然增大的过程,这是因为下模的顶料杆与坯料先接触,载荷较小,当模具压下一段距离之后,坯料边缘部分由于变形,并开始和模具底部接触,使得载荷突然增大。在AB这个过程中载荷随着模具和坯料的接触面积的增大也逐渐增大,坯料在模具的作用下逐渐填充模具的内型腔(图2a)。在BC阶段,模具的下型腔已经被充满,坯料在外载荷的作用下向桥部填充(图2b)。在CD阶段,坯料开始填充模具的外型腔(图2c)。坯料在开始填充时,坯料与上模没有接触而导致模具与坯料的接触面积减少,使其载荷突然下降;另一方面的原因是材料在变形过程中发生了动态再结晶而产生的软化效应所致。在DE阶段,当坯料的外缘和模具侧壁相接触时(图2d),载荷急剧增大。其他温度条件下,等温成形过程中的载荷—上模行程曲线形状与图3相似。

3 FGH96合金盘件等温成形温度的选择

等温锻造成形过程中,坯料和模具都处于高温状态,随着锻造温度的升高,工件的塑性变形抗力呈下降趋势。但另一方面模具自身的强度也呈下降趋势,当模具型腔表面受到高于屈服极限的峰值应力时会造成模具出现局部塑性变形。随着模具使用次数的增加,变形的累积最终会导致模具因热机械疲劳而呈高温低周疲劳破坏,使模具使用寿命大大下降。对于一个合理的等温锻造温度,若能使模具受到的峰值应力与其屈服极限和强度极限有一个合理的比值,则能有效地减轻高温低周疲劳破坏,延长模具的服役期限,降低成本。为了得到峰值应力随温度的变化规律,对温度为900℃～1100℃之间的等温锻造成形过程进行了模拟,并利用MSC.SuperForm软件所具有的节点历史获取功能,得到了不同等温锻造温度下模具的等效应力峰值,见表2。

FGH96合金等温成形温度范围内模具型腔表面等效应力峰值、模具材料屈服极限、强度极限随温度的变化规律见图4。从图中可以看出,模具表面的等效应力峰值、模具材料屈服极限、强度极限都随温度的升高而近似呈线性下降趋势,其中等效应力峰值减小得更快。当等温锻造温度小于970℃时,模具上的等效应力峰值高于模具材料的屈服极限,模具在此温度下锻造时极易造成模具变形破坏,因此,不能选择在此温度以下进行等温锻造加工。锻造温度在970℃～1050℃时,模腔上的等效应力峰值与模具材料的屈服极限的差值有增大的趋势,说明模具工作时的可靠性和安全性好。从图上可以看出,在1050℃时,这个差值达到了最大,而且在此温度下FGH96合金呈现出良好的超塑性[5],对于成形和模具受载都非常有利。值得注意的是,等温锻造温度不能太高,因为温度过高时,模具材料和坯料的内部会很容易发生相变、高温氧化、过热和过烧等现象。同时,由于目前没有一种有限元模拟软件能够将高温氧化、热应力、过热和过烧等现实条件下的复杂情况全部纳入模拟过程,因此,在锻造温度高到接近材料熔点时,有限元模拟的结果与实际情况出入很大。所以,为了避免这些不利因素的影响,在结合计算所得结果和工厂生产的实际条件的基础上,选定等温锻造温度为1050℃左右。按此推荐工作温度,通过工厂实际生产表明,模具的使用寿命提高了11.8%。由此可见,等温锻造时,工作温度对模具的使用寿命影响很大,选择一个合适的工作温度,对于提高模具寿命至关重要。

4 结论

(1)将模具简化为弹塑性体,将工件材料的弹性变形忽略,简化为刚塑性体,建立了FGH96合金涡轮盘件等温锻造成形过程坯料和模具的热力耦合分析有限元模型。

(2)在压力机压下速度为0.05mm/s时,对温度为900℃～1100℃之间的FGH96合金涡轮盘件等温锻造成形过程进行了模拟,得到了模具和工件内部的等效应力场分布及载荷—上模行程曲线。

(3)由模具型腔表面等效应力峰值、模具材料屈服极限、强度极限随温度的变化规律,发现锻造温度在970℃～1050℃时,模具上的等效应力峰值与模具材料的屈服极限的差值有增大的趋势,表明模具工作时的可靠性与安全性好,并且在1050℃时,这个差值达到了最大。

(4)根据模拟结果和工厂的实际生产条件,确定FGH96合金等温成形温度为1050℃左右,将其应用于实际生产表明,模具的使用寿命得到了提高。

参考文献

[1]崔建.P/M Rene’95合金等温成形于STMP工艺研究[D].北京:北京航空材料研究所,1995.

[2][苏]C.A.多夫拉尔著.热模锻模具强化和破坏的热力学.北京:国防工业出版社,1988.

[3]Kobayashi S,Oh S I,Altan T.Metal forming and the finite element method.New York:Oxford University press,1989.

[4]刘玉红,李付国,吴诗惇，等.细晶态FGH96热成形时的流动行为研究.航空学报.2003,24(3):278-281.