Análise do processo de forjamento de ligas de titânio na indústria da aviação

Com o rápido desenvolvimento da economia e ciência e tecnologia nacionais da China, a indústria aeroespacial teve novas oportunidades nos últimos anos, especialmente após o estabelecimento do projeto nacional de "aeronaves grandes". A indústria de manufatura da aviação civil se tornará um novo impulsionador de crescimento econômico que lidera o desenvolvimento da economia nacional, com amplas perspectivas de desenvolvimento. Para melhorar continuamente o avanço, a confiabilidade e a aplicabilidade das aeronaves e aumentar a competitividade do mercado internacional de aeronaves produzidas internamente, os requisitos para a seleção de materiais aeroespaciais estão se tornando cada vez mais rigorosos. As ligas de titânio tornaram -se o material primário para os componentes estruturais modernos da aeronave devido à sua baixa densidade, alta resistência e excelente resistência ao calor e à corrosão. Entre eles, o TC4 (TI-6Al-4V) e os esquecimentos da liga de titânio TB6 são amplamente utilizados na fabricação aeroespacial.

Classificação de ligas de titânio e técnicas de forjamento
Com base na microestrutura de temperatura ambiente, as ligas de titânio podem ser classificadas em três tipos: ligas α, ligas α+β e ligas β. A plasticidade quente e a velocidade de deformação das ligas α e α+β não são significativamente afetadas, enquanto as ligas β têm boa esqueatividade, mas podem causar precipitação da fase α em baixas temperaturas. As técnicas de forjamento de ligas de titânio podem ser categorizadas em forjamento convencional e forjamento de alta temperatura, com base na relação entre a temperatura de forjamento e a temperatura da transformação β.

2.1 Forjamento convencional de ligas de titânio

As ligas de titânio deformáveis comumente usadas são geralmente forjadas abaixo da temperatura de transformação β, conhecida como forjamento convencional. De acordo com a temperatura de aquecimento do tarugo na região de fase (α+β), ele pode ser dividido ainda mais na região de dois fases superior e forjamento de região bifásica inferior.

2.1.1 Forjamento de região bifásica inferior

A região bifásica mais baixa é geralmente realizada a 40-50 ° C abaixo da temperatura da transformação β, onde as fases α e β primárias estão envolvidas na deformação simultaneamente. Temperaturas mais baixas de deformação resultam em uma quantidade maior de fase α participando da deformação. Comparado à deformação na região β, o processo de recristalização da fase β é significativamente acelerado na região de duas fases inferiores, levando à formação de novos grãos β não apenas nos limites originais de grãos β, mas também dentro do intercalador β entre as lamelas α. Os esquecidos produzidos usando esse processo exibem alta resistência e boa ductilidade, mas ainda há potencial para melhorar a resistência à fratura e o desempenho da fluência.

2.1.2 Região de duas fases superiores forjamento

Essa técnica envolve forjamento inicial a temperaturas 10-15 ° C abaixo do ponto de transformação da fase β/(α+β). A microestrutura resultante contém uma proporção mais alta da estrutura de transformação β, o que melhora a resistência à fluência e a tenacidade à fratura da liga de titânio, alcançando um equilíbrio entre plasticidade, resistência e resistência.

2.2 Forjamento de alta temperatura de ligas de titânio

Também conhecida como "forjamento β", isso pode ser dividido em dois tipos: o primeiro tipo envolve aquecer o tarugo na região β, iniciando e concluindo o processo de forjamento na região β, enquanto o segundo tipo, conhecido como "forjamento sub-β", envolve o aquecimento do alejamento na região β, iniciando a ingestão de β na região e controlando uma deformação significativa na seleção da β na região de β na região de β. Comparado ao forjamento da região bifásica, a forjamento β pode obter maior resistência à fluência, resistência à fratura e melhor desempenho de fadiga das ligas de titânio.

2,3 forjamento isotérmico de ligas de titânio

Essa técnica utiliza os mecanismos de superplasticidade e fluência do material para produzir perdoas complexas. Requer pré-aquecer o dado e mantê-lo dentro de um intervalo de 760-980 ° C, com a imprensa hidráulica aplicando uma pressão predeterminada, e a velocidade de trabalho da imprensa sendo ajustada automaticamente com base na resistência à deformação do boleto. Muitos esquecedores usados em aeronaves têm paredes finas e costelas altas, tornando essa técnica adequada para a fabricação aeroespacial, como o processo de forjamento de matriz de precisão isotérmica para a liga de titânio TB6 de aeronave produzida domesticamente.

Análise de defeitos de forjamento de TC4 e melhoria do processo
3.1 Ocorrência e análise de defeitos de forjamento TC4

Quando uma certa fábrica conduziu a produção de teste de forjamento de TC4 após o padrão de aviação, vários indicadores de desempenho dos esquecimentos foram considerados não qualificados, particularmente o indicador de "fratura por estresse de entalhe" é inferior a 5 horas. Para resolver esse problema, a análise começou com a estrutura metalográfica do TC4 e depois explorou os motivos no processo de forjamento.

3.1.1 Características metalográficas do TC4

A liga de titânio TC4 é uma liga de titânio α+β com a composição de Ti-6Al-4V. Sua microestrutura recozida consiste em fases α+β, contendo 6% de alumínio como um elemento estabilizador de α, e a fase β é fortalecida pelo fortalecimento da solução sólida, resultando em uma pequena quantidade de fase β na estrutura, aproximadamente 7-10%.

A proporção, propriedades e formas de fases básicas α e β na liga TC4 variam significativamente em diferentes tratamentos térmicos e condições de trabalho a quente. A temperatura de transformação β da liga TC4 é de cerca de 1000 ° C. O aquecimento de TC4 a 950 ° C e, em seguida, resfriamento de ar resulta em uma estrutura de transformação α+β primária. Aquecê-lo a 1100 ° C e, em seguida, o resfriamento do ar leva à estrutura de fase β totalmente transformada, conhecida como estrutura de Widmanstätten. O aquecimento e a deformação simultâneos têm um efeito mais pronunciado; Se o TC4 for aquecido acima da temperatura de transformação β, mas sofre uma pequena deformação, forma a estrutura de Widmanstätten. Nesse processo, a plasticidade e a tenacidade do impacto diminuem, mas a resistência da fluência melhora. Se a temperatura inicial de deformação estiver acima da temperatura de transformação β, mas com deformação suficiente, forma uma estrutura de malha. Nesse caso, a fase α delineada pelos limites dos grãos β é quebrada e a fase α lamelar é distorcida, semelhante a uma estrutura de granulação fina equiaxada com melhor plasticidade, tenacidade de impacto e desempenho de fluência de alta temperatura. Se a temperatura de aquecimento estiver abaixo da temperatura de transformação β e a deformação for suficiente, resulta em uma estrutura equiaxada, exibindo boas propriedades gerais, especialmente alta plasticidade e tenacidade de impacto. Se a deformação for seguida por recozimento de alta temperatura na região da fase α+β, é obtida uma estrutura mista com boas propriedades abrangentes.

Com base na análise acima das estruturas metalográficas, pode -se inferir que a diminuição do desempenho no TC4 pode ser causada por dois fatores no processo de forjamento:

A temperatura de aquecimento é muito alta, atingindo ou excedendo a temperatura de transformação β.
O grau de deformação do forjamento é insuficiente.
3.1.2 Análise do processo de forjamento TC4

A temperatura de forjamento afeta o tamanho do grão β e as propriedades da temperatura ambiente das ligas de titânio α+β. À medida que a temperatura aumenta acima da temperatura da transformação β, o tamanho do grão β aumenta, enquanto o alongamento e o encolhimento da seção transversal diminuem, levando à redução da plasticidade. Para garantir que os talhos do TC4 tenham boas propriedades abrangentes, o forjamento deve ser conduzido abaixo da temperatura de transformação β. As ligas de titânio têm alta resistência de deformação, mas baixa condutividade térmica. Durante o forjamento, o fluxo grave e a pesada martelamento podem causar superaquecimento e recristalização localizados, resultando em grãos grossos e diminuição do desempenho. A partir da análise acima, os possíveis motivos para o desempenho não qualificado para forjamento TC4 podem ser determinados preliminarmente da seguinte forma:

A temperatura de aquecimento do lote de tarugos é muito alta, excedendo o ponto de transformação β.
O impacto de forjamento único é muito pesado, causando deformação excessiva e resultando em superaquecimento local