TC4合金是一种中等强度的α+β型两相钛合金,拥有优异的综合机能,是造备航空发起机进气和电扇机匣的首选资料。该类型机匣表径尺寸较大,且壁厚较薄,常在加工和服役过程中出现变形情况,严沉时甚至导致零件报废。与国表成形技术相比,国内环件资料利用率普遍较低。
针对以上情况,设计异形截面环件,选取径轴双向复合轧造,开发薄壁环件胀形工艺,实现了异形截面环件精确成形,并提高了环件轧造过程变形均匀性和资料利用率,同时调控内部应力散布。了局批注,选取本次设计的工艺出产的锻件显微组织、各项力学机能指标满足技术尺度要求。
TC4合金含有6%α不变元素Al和4%β不变元素V,兼具了α钛合金和β钛合金部门利益,综合机能优异,且拥有优良的加工机能,在航空和航天工业中得到了宽泛利用,目前是造作航空发起机进气和电扇机匣的首选资料。
TC4合金进气和电扇机匣表径通常超过1000mm,高度约300mm,且壁厚较薄,在后续零件加工过程中,变形问题凸起。与国表环件精确辗轧技术相比,国表环轧机已经实现数字化节造,径轴双向复合轧造技术已经利用成熟,环件尺寸精度达到了环件表径的1‰。国内依然选取传统的单向辗轧工艺,精度较低,资料利用率不高。
本文以TC4合金机匣为钻研对象,进行精化加工余量设计,削减后续机械加工余量,预防大余量加工?⒕吨崴蚋春显造技术和胀形工艺,提高环件尺寸精度,同时调控内部应力散布,降低后续变形风险。
试验规划
本文以TC4合金机匣环件为钻研对象,对环件进行优化设计,削减环件单边设计余量,降低后续加工成本。结合数值仿照技术,对辗轧过程进行仿真,设计最佳的中央环坯?⒄托喂ひ,调控环件内部应力散布,并进一步提高环件尺寸精度,实现异形截面环件精确成形。
试验资料的选用
本次试验选取φ300mm规格的TC4棒材,依照原资料技术尺度进行化学成分、显微组织和力学机能检测,其显微组织见图1,化学成分见表1,棒材力学机能见表2。

表1棒材化学成分
| 元素 | 质量分数/% | 技术指标/% |
| C | 0.007 | ≤0.10 |
| N | 0.008 | ≤0.05 |
| O | 0.19 | 0.15~0.20 |
| H | 0.0042 | ≤0.012 |
| Al | 6.52 | 5.50~6.80 |
| V | 4.22 | 3.50~4.50 |
| Fe | 0.15 | 0.15~0.30 |
表2棒材力学机能
| 室温拉伸 | R?/MPa | R??.?/MPa | A/% | Z/% | 硬度HBW | 冲击J | 400℃高温拉伸R?/MPa | 400℃、570MPa悠久功夫/h |
| 实测值1 | 997 | 907 | 17.5 | 40 | 346 | 31 | 662 | >101 |
| 实测值2 | 995 | 885 | 17.0 | 38 | 346 | 31 | 669 | >101 |
| 技术指标 | ≥900 | ≥825 | ≥10 | ≥30 | ≥335 | ≥31 | ≥620 | ≥100 |
工艺规划的造订
⑴优化锻件结构
本次以TC4合金机匣为钻研对象,凭据环件最终交付状态、结构和成形特点,对原有的环件进行优化设计,优化前后环件截面对比见图2。
通过对迸着化前后环件截面能够发现,优化后的内表环面的加工余量由8mm削减为5mm,在高度方向,加工余量略有增长。在状态设计方面,增长了下端表环面直壁段的高度,有利于提高辗轧过程的不变性和尺寸丈量精度。总体而言,环件沉量削减显著,节俭了原资料成本。同时大量削减后期的加工工时,其综合经济性较好。
⑵辗轧数值仿照


结合数值仿照技术对辗轧成形过程进行仿真,经过迭代仿照推算,最终确定环坯尺寸为φ770mm×φ660mm×280mm,并拔取9个典型地位作为点追踪,其相对地位示意图如图3所示,辗轧成形后环件的等效应变场和温度场散布云图别离见图4和图5。
从图4环件辗轧实现使佧体应变散布能够看出,最幼应变呈此刻环件下端底部,应变值散布在0.57~0.67之间,最大应变呈此刻环件上端内环面的部门幼区域,应变值散布在1.87~2.33之间。轧造实现时,环件整体的等效应变散布沿轴向,上端应变最大,越靠近下端面,应变越幼。各地位点追踪数据显示环件最幼变形区域等效应变均在0.5以上,批注环件下端变形量充分;芳轧造实现时,整体等效应变散布大体在0.57~2.33,各区域变形相对均匀,不存在幼变形区,填充情况优良。
从图5环件辗轧实现时温度散布云图能够看出,在整个轧造过程中,环件的温度呈整体均匀降落的趋向。轧造实现时,环件整体温度出现出内高表低的散布,最低温度呈此刻环件下端与垫板接触区域,在824~846℃之间,最高温度呈此刻环件心部区域,最高温度为961℃。这对于TC4合金而言,环件各区域整体温度散布相对均匀,且有优良的终锻温度。
⑶胀形数值仿照
环件辗轧实现后进行胀形工艺设计,选取1火次加热,多路次胀形成形规划。利用液压胀形机进行多路次胀形,胀形温度在800~900℃,环件胀形的几何模型如图6所示。

结合有限元数值仿照技术对胀形过程进行仿真,胀形实现时,环件的等效应变散布云图和应力散布云图别离见图7和图8。

从图7中能够看出,环件整体等效应变散布在0.04~0.05之间,进入塑性变状态态,且整个环件应变散布十吩旖均。从应力散布也能够看出,环件整体的应力在60~63MPa,降低了后续因内部残存应力不均而导致变形的风险,同时将环件的尺寸精度提高到环件表径的2‰,进一步提高资料利用率,经济效益极度显著。
试验了局
显微组织
依照技术要求,在环件上、钟注下部位进行取样检测显微组织,各部位显微组织见图9;芳各区域初生α相含量在35%~45%之间,次生片层α相藐幼,这对于提高环件的综合机能是极度有利的。
力学机能
依照技术要求在上、钟注下区域取样检测,进行室温拉伸、高温拉伸、悠久力学机能测试。锻件室温拉伸、400℃高温拉伸和悠久检测了局见表3,从表3中能够看出,室温拉伸抗拉强度均匀值为1051MPa,高温拉伸的抗拉强度均匀值为701MPa,其余各项指标满足技术尺度要求,且有较大的阔心胸。各区域的悠久机能均在200h以上。
在环件中部进行取样测试室温冲击、300℃、450℃拉伸、400℃×100h热不变机能,检测了局见表4。从表4检测了局能够看出,环件各项机能数据未见异常,与同类型产品机能相当。
表3环件力学机能测试了局
| 室温拉伸 | R?/MPa | R??.?/MPa | A/% | Z/% | 400℃高温拉伸 | R?/MPa | A/% | Z/% | 400℃、570MPa悠久 | 功夫/h | 断裂情况 | 取样地位 |
| - | 1066 | 1005 | 16.5 | 48 | - | 716 | 19.0 | 61 | - | >200 | 未断裂 | 上部 |
| - | 1049 | 990 | 17.0 | 47 | - | 703 | 17.0 | 60 | - | >200 | - | 上部 |
| - | 1043 | 979 | 19.5 | 46 | - | 704 | 16.5 | 62 | - | >200 | - | 中部 |
| - | 1038 | 974 | 18.0 | 47 | - | 694 | 17.0 | 60 | - | >200 | - | 中部 |
| - | 1058 | 999 | 16.5 | 47 | - | 705 | 16.5 | 59 | - | >200 | - | 下部 |
| - | 1056 | 994 | 16.5 | 45 | - | 689 | 16.0 | 58 | - | >200 | - | 下部 |
| 均值 | 1051 | 990 | 17.3 | 46.5 | 均值 | 701 | 17 | 60 | 均值 | -- | -- | -- |
| 技术指标 | ≥895 | ≥825 | ≥10 | ≥20 | 技术指标 | ≥615 | ≥12 | ≥40 | 技术指标 | ≥100 | -- | -- |
表4环件力学机能检测了局
| 室温冲击J | 300℃拉伸 | R?/MPa | R??.?/MPa | A/% | Z/% | 450℃拉伸 | R?/MPa | R??.?/MPa | A/% | Z/% | 400℃×100h热不变 | R?/MPa | A/% | Z/% | 取样地位 |
| 28 | - | 745 | 617 | 18.5 | 61 | - | 681 | 558 | 18.5 | 64 | - | 1072 | 15.5 | 47 | 中部 |
| 30 | - | 733 | 607 | 17.0 | 59 | - | 673 | 550 | 17.5 | 63 | - | 1058 | 15.5 | 45 | 中部 |
实现语
本次试验拔取TC4合金机匣环件作为钻研对象,对环件结构进行精化设计,并设计中央环坯,提高环件轧造过程变形的均匀性。并结合有限元数值仿照技术,对环件辗轧、胀形过程进行仿真。成形后环件各部位变形均匀,拥有优良的终锻温度。依照技术要求,对环件各部位进行显微组织和力学机能测试,了局批注:
⑴通过精化环件设计余量,削减环件沉量,同时降低后续的机械加工工时,降低机械加工成本。选取1火次加热,多路次胀形工艺,调控环件内部应力,使其达到均匀散布,降低后续加工和服役变形风险,同时经过胀形,环件尺寸精度达到环件表径的2‰,进一步提高环件尺寸精度。
⑵结合有限元数值仿照技术,对环件辗轧和胀形过程进行仿真,从变形实现时温度场和应变场能够看出,各部位变形相对均匀,不存在幼变形区域,各截面填充优良;变形实现时,环件各区域温度在824~961℃之间,环件终锻温度极度梦想。
⑶经过理化测试,试造环件的显微组织、力学机能均满足技术要求,且都有肯定阔心胸。
(注,原文标题:薄壁TC4合金环件精确成形工艺设计)


yongyiti.com
一飞冲天300倍游戏钛手机网