材料加工新技術(shù)與新工藝92課件

§9.5等溫成形時(shí)的潤(rùn)滑1.等溫成形潤(rùn)滑劑的條件

等溫成形用潤(rùn)滑劑應(yīng)該滿足以下要求：

①具有良好的成膜性、保證產(chǎn)品易于出模

在整個(gè)變形過(guò)程中，所采用的潤(rùn)滑劑能在模具與坯料之間形成連續(xù)的潤(rùn)滑薄膜，并具有較小的摩擦系數(shù)，由此可以降低變形力，使坯料的變形更加均勻。膜厚不一定相同，但需要起到分離模具與坯料表面的作用，防止粘?，F(xiàn)象的發(fā)生，保證產(chǎn)品易于出模，避免模具損耗，提高產(chǎn)品表面質(zhì)量。第9章金屬等溫成形§9.5等溫成形時(shí)的潤(rùn)滑第9章金屬等溫成形1②防止坯料氧化

良好的潤(rùn)滑劑可以降低甚至防止坯料在成形過(guò)程中和成形前加熱時(shí)的氧化現(xiàn)象，獲得表面質(zhì)量高的等溫成形產(chǎn)品。

③具有良好的絕熱性能

為了減少熱毛坯從加熱爐中取出移到模具過(guò)程中的熱量消耗，所選用的潤(rùn)滑劑應(yīng)具有良好的絕熱性能。④不與模具和坯料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

在成形過(guò)程中和成形前加熱時(shí)。潤(rùn)滑劑不能與模具和坯料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，否則會(huì)影響模具的使用壽命以及成形件的表面質(zhì)量和使用性能。②防止坯料氧化2⑤易于涂敷和除去

為了適應(yīng)機(jī)械化、自動(dòng)化等溫成形的要求，所選用的潤(rùn)滑劑應(yīng)具有易于涂敷和方便除去的特點(diǎn)。

⑥便于貯存及性能穩(wěn)定

潤(rùn)滑劑在貯存與使用過(guò)程中，應(yīng)具有性能穩(wěn)定、無(wú)毒，不受環(huán)境溫度、氧化、微生物的影響，符合環(huán)保要求。⑦價(jià)格低廉、貨源廣

等溫成形所選用的潤(rùn)滑劑應(yīng)滿足價(jià)格低廉、貨源廣的要求，這是工業(yè)化生產(chǎn)所必須考慮的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。⑤易于涂敷和除去32.等溫成形常用潤(rùn)滑劑

模具潤(rùn)滑是等溫成形工藝成敗的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)鐓粗試驗(yàn)估計(jì)，鋁合金成形時(shí)所采用的各類潤(rùn)滑劑的摩擦系數(shù)大致在0.06～0.24之間。而不使用潤(rùn)滑劑時(shí)的摩擦系數(shù)為0.48左右。使用潤(rùn)滑劑可以改善金屬流動(dòng)特性，避免粘模，減少成形件表面缺陷，并可使成形所需要的壓力降低。對(duì)于等溫成形來(lái)說(shuō)，通常變形速度較低，坯料與模具接觸時(shí)間較長(zhǎng)，模具潤(rùn)滑顯得格外重要。目前等溫成形使用的潤(rùn)滑劑還不像常溫成形潤(rùn)滑劑那樣成熟，常用潤(rùn)滑劑的主要成分如表9-5所示，有石墨、二硫化鉬(MoS2)、聚四氟乙烯、氮化硼(BN)、氧化鉛(PbO)以及玻璃等。2.等溫成形常用潤(rùn)滑劑4材料加工新技術(shù)與新工藝92課件5●石墨

石墨的潤(rùn)滑作用是由其六方晶系層狀晶體結(jié)構(gòu)決定的。在石墨晶體中，層與層之間碳原子的結(jié)合力較弱，因而容易滑動(dòng)。但是，處于同一平面層內(nèi)的相鄰碳原子之間結(jié)合力較強(qiáng)，極難破壞，因而石墨的熔點(diǎn)很高，化學(xué)性質(zhì)也很穩(wěn)定，幾乎不受所有有機(jī)溶劑，腐蝕性化學(xué)藥品的侵蝕，還具有不受很多熔融金屬或熔融玻璃浸滑的特點(diǎn)。因此，石墨與水、溶劑、油脂、橡膠、樹(shù)脂以及某些金屬混合時(shí)不會(huì)失去其原有的特性。●石墨6

作為潤(rùn)滑劑使用，石墨在室溫時(shí)的摩擦系數(shù)為0.11～0.19，摩擦系數(shù)隨溫度的變化如圖9-16所示。

從圖中可以看出，石墨在538℃時(shí)，摩擦系數(shù)急劇增大。這是由于在538℃時(shí)與空氣中的氧形成了CO2并開(kāi)始逸散，使?jié)櫥阅芙档偷木壒?。為了防止石墨?38℃時(shí)的氧化，可以加人氧化磷或硼化物，則在300～700℃范圍內(nèi)，可保持良好的潤(rùn)滑效果。

作為潤(rùn)滑劑使用，石墨在室溫時(shí)的摩擦系數(shù)為0.11～07

低熔點(diǎn)的鋁合金和鎂合金等溫成形時(shí)所采用的潤(rùn)滑劑的主要成分是石墨，也可以在膠體懸浮液中添加一些有機(jī)的或無(wú)機(jī)的化合物，以獲得更好的潤(rùn)滑效果。石墨潤(rùn)滑劑的載體是礦物油或水。石墨與機(jī)油按1.5：l比例配成，可以在500~600℃溫度下使用。但是油劑石墨潤(rùn)滑劑容易燃燒或產(chǎn)生煙霧，所以通常采用膠體或半膠體的水溶性石墨。石墨系列的潤(rùn)滑劑雖然操作上安全些，但殘留的潤(rùn)滑劑難以去除，且質(zhì)點(diǎn)嵌人坯料表面會(huì)形成污點(diǎn)、點(diǎn)蝕等，同時(shí)也會(huì)使工作條件惡化。為了去除成形件表面上的石墨，可將成形件放人15％～20％鉻酸和5％NaNO3的水溶液中浸泡1～3min，或用噴砂法去除。低熔點(diǎn)的鋁合金和鎂合金等溫成形時(shí)所采用的潤(rùn)滑劑的主要8●二硫化鉬

二硫化鉬在金屬表面的黏著強(qiáng)度比石墨高，是應(yīng)用比較廣泛的潤(rùn)滑材料。二硫化鉬具有黑灰色美麗光澤，與石墨一樣具有六方晶系層狀結(jié)構(gòu)。二硫化鉬摩擦系數(shù)隨溫度的變化如圖9-16所示。在約350℃以上時(shí)，有一部分二硫化鉬開(kāi)始氧化成三氧化鉬(MoO3)，使摩擦系數(shù)增大。●二硫化鉬9

在二硫化鉬沒(méi)有完全變成MoO3期間，仍保持一定的潤(rùn)滑性能。MoO3在760℃開(kāi)始蒸發(fā)，因此，在較高的溫度(400℃以上)，其潤(rùn)滑性能不如石墨。在二硫化鉬中加人防氧化劑氧化硼作為黏結(jié)劑，則在300～700℃范圍內(nèi)，擠壓碳鋼、低合金鋼以及不銹鋼時(shí)，能夠保持良好的潤(rùn)滑效果。但是，高鎳合金對(duì)硫的滲透是十分敏感的，在擠壓時(shí)，即使少量的硫也會(huì)引起晶間破壞。

●聚四氟乙烯

聚四氟乙烯是四氟乙烯(C2F4)的聚合體，是一種熱塑性塑料。作為潤(rùn)滑劑使用，四氟乙烯只是單純地使兩種金屬隔離開(kāi)來(lái)，其摩擦系數(shù)隨溫度的變化如圖9-16所示。由圖中司以看出，聚四氟乙烯只適合于較低溫度下的成形過(guò)程。在二硫化鉬沒(méi)有完全變成MoO3期間，仍保持10●氮化硼

作為潤(rùn)滑劑使用的氮化硼是白色的微細(xì)粉末，具有與石墨類似的六方晶系層狀結(jié)構(gòu)，氮化硼在700℃以下時(shí)具有良好的耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性以及絕緣性能。大氣中，氮化硼在900℃以下的摩擦系數(shù)為0.2，因而適合于用作高溫潤(rùn)滑劑。但氮化硼與鋼鐵材料的附著性能相對(duì)較差，在應(yīng)用上受到一定的限制?！裱趸U氧化鉛熔點(diǎn)888℃，在室溫時(shí)比一般潤(rùn)滑劑的摩擦系數(shù)高，在538℃以上時(shí)，摩擦系數(shù)低，潤(rùn)滑性能比較好。在370～480℃時(shí)，氧化成Pb3O4，使?jié)櫥Ч档?。?38℃時(shí)，Pb3O4又變?yōu)镻bO，使其潤(rùn)滑性能得到恢復(fù)，在300～600℃溫度范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)為0.3～0.15。PbO雖然具有較好的潤(rùn)滑性能，但有毒，在使用時(shí)應(yīng)給予注意?！竦?1●玻璃

玻璃潤(rùn)滑劑是高熔點(diǎn)金屬與合金等溫成形常用的潤(rùn)滑劑。玻璃潤(rùn)滑劑只有在熔融狀態(tài)才具有良好的潤(rùn)滑性能。潤(rùn)滑劑保持最佳黏度的溫度范圍越寬，潤(rùn)滑效果越好。黏度的變化與玻璃潤(rùn)滑劑的組成有關(guān)。玻璃潤(rùn)滑劑的成分應(yīng)含有SiO2、K2O、Na2O、A12O3、CaO、Li2O、B2O3、BaO、MgO、PbO等氧化物。等溫成形時(shí)的最佳黏度在1.5×102～3×103Pa·s。

玻璃潤(rùn)滑劑是由玻璃粉、穩(wěn)定劑、固結(jié)劑以及水組成的懸浮液。穩(wěn)定劑一般采用黏土或膨潤(rùn)土；固結(jié)劑由水玻璃、酪素膠或亞硫酸酒精糟組成。使用時(shí)，用水進(jìn)行稀釋，1000g玻璃粉需加水400g?！癫Ａ?2

在等溫成形時(shí)，通過(guò)涂敷玻璃潤(rùn)滑劑，可以防止金屬與周圍氣氛發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即表面氧化、吸收氣體以及表面合金元素的貧化等，減緩金屬的氧化速度。為了將潤(rùn)滑劑有效地涂敷到坯料表面上，在涂敷潤(rùn)滑劑之前，要對(duì)坯料進(jìn)行吹砂處理。將坯料加熱到120～150℃溫度，可以使玻璃潤(rùn)滑劑涂敷到坯料上之后會(huì)立即固結(jié)，能很好地粘附到坯料表面。玻璃潤(rùn)滑劑的涂敷方法有多種形式：

①用噴霧器將玻璃潤(rùn)滑劑涂敷到坯料表面的噴涂方法；

②將坯料浸入懸浮液中進(jìn)行浸涂的浸涂方法；

③用刷子將玻璃潤(rùn)滑劑涂敷到坯料表面的刷涂方法。在等溫成形時(shí)，通過(guò)涂敷玻璃潤(rùn)滑劑，可以防止金13

采用噴涂方法雖然可以將潤(rùn)滑劑比較均勻的涂敷到坯料表面上，但該方法勞動(dòng)條件差，潤(rùn)滑劑損耗大；浸涂和刷涂方法操作簡(jiǎn)單、潤(rùn)滑劑耗損小，但涂敷不均勻。一般潤(rùn)滑劑的涂層厚度小于0.25mm。在等溫成形結(jié)束后，必須將坯料表面上的殘留玻璃潤(rùn)滑劑層和氧化皮清除掉。在工序之間去除殘留玻璃潤(rùn)滑劑層和氧化皮的目的是防止其壓入下一成形件中，使下一道成形獲得均勻的潤(rùn)滑劑涂層。成形件表面可以采用機(jī)械的或化學(xué)的方法進(jìn)行清理。機(jī)械清除方法有噴金屬砂、氧化鋁砂、石英砂、濕噴砂、噴丸清理和滾筒打光等。化學(xué)清理方法有酸洗和堿洗兩種。采用噴涂方法雖然可以將潤(rùn)滑劑比較均勻的涂敷到14§9.6等溫成形用模具材料1.等溫成形模具材料的一般要求

與常規(guī)熱變形不同，等溫成形時(shí)的模具預(yù)熱溫度與坯料的變形溫度大致相同，是比較高的。并且，通常等溫成形時(shí)的變形速度較低，變形時(shí)間比常規(guī)熱變形時(shí)間長(zhǎng)。等溫成形的特點(diǎn)是：模具預(yù)熱溫度高、變形速度較低、變形時(shí)間長(zhǎng)。由于等溫成形時(shí)模具是在高溫長(zhǎng)時(shí)間條件下服役，模具材料選擇是非常重要的。等溫成形用模具材料需要滿足以下要求：

①在高溫下具有較高的強(qiáng)度、硬度、韌性以及耐磨性能，并且在長(zhǎng)期服役過(guò)程中，組織與性能熱穩(wěn)定性好，模具不易產(chǎn)生變形。

§9.6等溫成形用模具材料15

②等溫成形用模具雖然不是在周期性的溫度急劇變化下服役的，但對(duì)其材料的耐熱疲勞性能也應(yīng)有一定要求。③等溫成形時(shí)，模具往往是在較高的溫度下工作，與變形坯料、空氣以及潤(rùn)滑劑等其他介質(zhì)接觸，因而要求所使用的模具材料具有在高溫下抗氧化性能與抗腐蝕性能。

④為了充分發(fā)揮等溫成形工藝在加工復(fù)雜形狀、高尺寸精度產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，所選用模具材料應(yīng)具有線膨脹系散小、導(dǎo)熱性能好的特點(diǎn)。

⑤為了便于制造模具，要求等溫成形用模具材料具有良好的可鍛性、可切削性、可磨削性、可焊性以及熱處理變形小的特點(diǎn)。

⑥材料來(lái)源廣、成本低廉。②等溫成形用模具雖然不是在周期性的溫度急劇變化162.等溫成形常用模具材料

等溫成形用模具材料的選擇，主要依據(jù)等溫成形件的材料種類、形狀尺寸、工作條件以及變形溫度、變形速度和所要求的尺寸精度等。表9-8給出了常用金屬材料的等溫變形溫度范圍。2.等溫成形常用模具材料17（1）熱作模具鋼

對(duì)于鋁、鎂等熔點(diǎn)較低的金屬等溫成形，模具材料一般采用熱作模具鋼40Cr5MoSiV1、3Cr2W8V，硬度為HRC45～50左右。銅合金由于變形溫度較高，可以采用3Cr2W8V、3Cr3Mo3W2V，硬度為HRC45左右。3Cr2W8V定型較早，是最早使用的鎢系熱作模具鋼，由于含鉻量較低，使其高溫下的抗氧化和抗熔融金屬?zèng)_擊性能僅約為高鉻含量的熱作模具鋼的一半。當(dāng)模具型腔工作溫度小于600℃時(shí)，通常采用4Cr5MoSiVl代替3Cr2W8V；當(dāng)模具型腔工作溫度高于600℃時(shí)，可采用鎢鉬系或鉬系熱作模具鋼4Cr3Mo3SiV、3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、5Cr4Mo3SiMnVAl、5Cr4W2Mo2SiV等代替3Cr2W8V。

（1）熱作模具鋼18（2）鈦合金和高溫合金等溫成形用模具材料

鈦合金和高溫合金的等溫成形溫度大多在800℃以上，由于模具工作溫度較高，要求模具材料具有較高的高溫強(qiáng)度、抗氧化性、抗熱疲勞性、抗蠕變性、耐磨性、沖擊韌性、淬透性以及導(dǎo)熱性能。目前，鈦合金和高溫合金的等溫成形模具一般采用鑄造鎳基高溫合金制造。如IN100、IN718等高溫合金、MAR-M200、)KC6K、K3、K5，以及鉬基難熔合金TZM等。鉬基難熔合金TZM在高溫下極易氧化，要求在真空條件下進(jìn)行鍛造，使得鍛造工藝和裝備極為復(fù)雜，投資大，并且生產(chǎn)效率很低。

（2）鈦合金和高溫合金等溫成形用模具材料19§9.7等溫成形用設(shè)備

雖然等溫成形可以在通用的壓力機(jī)、擠壓機(jī)上進(jìn)行，但是，從提高生產(chǎn)效率，便于機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)的角度出發(fā)，最好使用專用等溫成形設(shè)備。等溫成形用設(shè)備需要滿足以下基本要求：

①具有加熱裝置等溫成形時(shí)，需要將模具加熱到坯料的變形溫度，因此，等溫成形用設(shè)備應(yīng)配備加熱裝置?？梢圆捎酶袘?yīng)加熱、電阻加熱等方式預(yù)熱模具?！?.7等溫成形用設(shè)備20

②模具的固定

等溫成形設(shè)備的工作空間尺寸應(yīng)能夠可靠地安裝模具裝置，其閉合高度應(yīng)能保證很方便地更換模具裝置。為了充分發(fā)揮等溫成形工藝的近終成形的特點(diǎn)，應(yīng)將模具牢固地安裝在設(shè)備上，并且安裝與調(diào)整方便。對(duì)于鈦合金和高溫合金的等溫成形，由于變形溫度較高，模具夾持器以及螺釘通常采用鎳基高溫合金制造，以保證模具裝置在變形溫度下長(zhǎng)期工作時(shí)的性能不變。

③良好的熱絕緣性能

為了提高等溫成形設(shè)備的穩(wěn)定性和使用壽命，等溫成形設(shè)備的工作部分與加熱至高溫的模具之間應(yīng)具有可靠的熱絕緣性能。②模具的固定21扼流型鋁合金波導(dǎo)法蘭(如圖9-17所示)是微波組件中不可缺少的重要聯(lián)結(jié)件，其端面具有深槽和薄筋，中心為矩形通孔，幾何形狀復(fù)雜，尺寸精度要求很高(±0.05m)，表面粗糙度為1.5~2.3m以內(nèi)，并且要求具有良好的焊接性能?！?.8等溫成形工藝的應(yīng)用1.鋁合金波導(dǎo)法蘭的等溫成形扼流型鋁合金波導(dǎo)法蘭(如圖9-17所示)是微波組件中22

由于鋁合金波導(dǎo)法蘭是標(biāo)準(zhǔn)件，需要保證零件的批量一致性，以保證互換性。采用機(jī)械加工方法生產(chǎn)鋁合金波導(dǎo)法蘭，需要車、銑、插以及鉗修等多道加工工序，不僅材料利用率低，而且不能保證產(chǎn)品的批量一致性，給微波組件的調(diào)試帶來(lái)相當(dāng)大的難度。針對(duì)采用機(jī)械加工方法生產(chǎn)鋁合金波導(dǎo)法蘭時(shí)所存在的問(wèn)題，并考慮到鋁合金波導(dǎo)法蘭幾何形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的特點(diǎn)，采用等溫成形工藝代替繁雜的機(jī)械加工方法，既可以保證產(chǎn)品的尺寸精度，又可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的批量一致性，提高生產(chǎn)效率，降低成本。鋁合金波導(dǎo)法蘭等溫成形的工藝參數(shù)如表9-15所示，模具結(jié)構(gòu)如圖9-18所示。采用等溫成形制造的鋁合金波導(dǎo)法蘭的尺寸偏差小于0.02～0.03mm，接近于冷擠壓件的尺寸精度水平。由于鋁合金波導(dǎo)法蘭是標(biāo)準(zhǔn)件，需要保證零件的批23材料加工新技術(shù)與新工藝92課件242.鈦合金的等溫成形雖然鈦合金重量輕，比強(qiáng)度高，低溫韌性優(yōu)異，耐腐蝕性能突出，但由于鈦合金價(jià)格昂貴，因而其用途主要限于航空、航天以及化工等重要領(lǐng)域。對(duì)于飛機(jī)以及航天器等零部件，從減輕重量的角度出發(fā)，其幾何形狀往往是非常復(fù)雜的。過(guò)去在制造航空、航天用鈦合金零件時(shí)，是將鑄錠經(jīng)鍛造后切削而成的，某些復(fù)雜零件的材料利用率僅為5％~15％左右，大部分材料均因機(jī)械加共而成為廢屑。同時(shí)由于鈦合金的機(jī)械加工難度較大，加工費(fèi)用和工具費(fèi)用比其他材料高出5～10倍。等溫成形技術(shù)以其終形、近終形的加工特點(diǎn)，為飛機(jī)以及航天器等鈦合金零部件的成形提供了非常有效的手段。2.鈦合金的等溫成形25例如+型的TC4鈦合金板材，在超細(xì)晶粒(約3n)，溫度為900℃左右，應(yīng)變速率約為l.3×10-3s-1的條件下進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)，其伸長(zhǎng)率可達(dá)1000％。圖9-19為采用等溫成形工藝生產(chǎn)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件、飛機(jī)艙門(mén)、火箭部件、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等零件。例如+型的TC4鈦合金板材，在超細(xì)晶粒(約3n263.高溫合金的等溫成形

高溫合金主要用于制造航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件和航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件，是現(xiàn)代航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)必不可少的關(guān)鍵材料。在航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)中，高溫合金在600～1200℃溫度、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下長(zhǎng)期工作，其工作條件非常惡劣，對(duì)材料的物理、化學(xué)以及力學(xué)性能的要求非常嚴(yán)格。所采用的高溫合金必須具有足夠高的耐熱強(qiáng)度、良好的塑性、抗高溫氧化和燃?xì)飧g的能力以及長(zhǎng)期組織穩(wěn)定性。在航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上，高溫合金主要用于制造燃燒室、導(dǎo)向叫片、渦輪葉片和渦輪盤(pán)等零件；在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上，高溫合金主要用于制造渦輪盤(pán)、燃燒室擱板等零件。

3.高溫合金的等溫成形27

由于航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)性能不斷提高，對(duì)渦輪盤(pán)材料的要求也越來(lái)越高。因此，制作渦輪盤(pán)合金的合金元素含量也逐漸增多，隨之而來(lái)的合金偏析加重，變形抗力增大，采用常規(guī)的冶金生產(chǎn)非常網(wǎng)難。即使是最小的渦輪零件來(lái)說(shuō)，由于所采用的高溫合金屬于難變形材料，不管是鍛錘還是液壓機(jī)，都要采用重型昂貴的鍛造設(shè)備。某些難變形高溫合金在特定的條件下具有超塑性，利用高溫合金的超塑性，可以采用等溫超塑性成形技術(shù)，加工高溫合金零件，達(dá)到滿足航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)高溫合金零件的需求。

由于航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)性能不斷提高，對(duì)28

普拉特-惠特尼公司(PWA)成功地開(kāi)發(fā)了帶葉片的等溫超塑性APK1合金(17％Co-15％Cr-5％Mo-4％Al-35％Ti-0.03％C，余量Ni)整體渦輪盤(pán)制造技術(shù)。主要的工藝方法是先將鑄造高溫合金在低于′固溶溫度下進(jìn)行擠壓加工，獲得非常細(xì)小的晶粒，制備出超塑性材料；然后在變形溫度為1000～1000℃，變形速度為5mm/min條件下進(jìn)行等溫成形，獲得帶葉片的整體渦輪盤(pán)；將成形后的整體渦輪盤(pán)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，可以達(dá)到渦輪盤(pán)所要求的使用性能。圖9-20為帶葉片的整體渦輪盤(pán)。

普拉特-惠特尼公司(PWA)成功地開(kāi)發(fā)了帶葉片29

為了避免鑄造高溫合金中存在的偏析等缺陷，也可以采用高溫合金粉末進(jìn)行成形。粉末高溫合金具有以下特點(diǎn)：

①粉末高溫合金顆粒細(xì)小，凝固速度較快，從而消除了合金元素的偏析，改善了高溫合金的熱加工性能；②粉末高溫合金的組織均勻，性能穩(wěn)定，使高溫合金材料在應(yīng)用過(guò)程中的可靠性得到大幅度提高；③粉末高溫合金組織細(xì)小，可以顯著地提高合金的中、低溫強(qiáng)度和抗疲勞性能；④粉末高溫合金在一定條件下具有超塑性效應(yīng)，采用等溫超塑性成形粉末高溫合金，可以提高材料的利用率，節(jié)約原材料。為了避免鑄造高溫合金中存在的偏析等缺陷，也可30

將具有微細(xì)組織的霧化粉加工成預(yù)制坯后，在超塑性條件下進(jìn)行熱等靜壓(HIP)成形。通過(guò)變形使粒子結(jié)合在一起，可以獲得接近于理想密度的燒結(jié)體。該方法由于可以實(shí)現(xiàn)在低溫度、低壓力條件下成形難變形材料，受到普遍關(guān)注。將通過(guò)熱等靜壓成形所得到的坯料進(jìn)行等溫成形，可以制成渦輪盤(pán)或者帶有葉片的渦輪盤(pán)。表9-17給出了APK1合金粉末等溫成形件的力學(xué)性能。將具有微細(xì)組織的霧化粉加工成預(yù)制坯后，在超塑31材料加工新技術(shù)與新工藝92課件32

熱擠壓成形也是粉末材料固化的有效方法。將通過(guò)熱擠壓高溫合金微細(xì)粉末所得到的坯料進(jìn)行超塑性鍛造，可以制成渦輪盤(pán)或者帶有葉片的渦輪盤(pán)，這種方法被稱為Gatorizing方法。該方法表明，采用2道工序就可以得到具有所要求形狀的高溫合金渦輪盤(pán)產(chǎn)品。目前，采用等溫超塑性成形的IN00粉末高溫合金渦輪盤(pán)已經(jīng)用在F100發(fā)動(dòng)機(jī)上。熱擠壓成形也是粉末材料固化的有效方法。將通過(guò)33

§9.9展望

等溫成形技術(shù)是通過(guò)使模具與坯料在成形過(guò)程中保持同一溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，從而避免了坯料的熱量損失和表面激冷。目前的研究結(jié)果表明，等溫成形從理論上可以制造出任何尺寸精度高、形狀復(fù)雜程度高的高質(zhì)量零件，并且使零件的后續(xù)機(jī)械加工量減少，甚至達(dá)到無(wú)切削加工，提高材料，尤其是貴重材料的利用率。通過(guò)優(yōu)化等溫變形溫度、應(yīng)變速率等工藝參數(shù)，可以對(duì)金屬的顯微組織進(jìn)行精確的控制，由此可以提高等溫成形零件特定的力學(xué)性能?！?.9展望34

等溫成形技術(shù)對(duì)于應(yīng)變速率敏感性材料的成形有著非常好的效果。對(duì)于應(yīng)變速率敏感性材料進(jìn)行普通熱變形加工時(shí)，由于坯料的熱量損失，使應(yīng)變速率難以得到有效的控制，因而成形件的尺寸精度較差。對(duì)于小型成形件或表面積與體積比很大的帶窄筋、薄腹板的成形件，由于薄壁處的變形溫度急劇降低，使金屬的塑性流動(dòng)能力降低，難以充滿模腔，并且會(huì)在金屬死區(qū)與流變區(qū)之間的界面上有出現(xiàn)裂紋的可能。從實(shí)際生產(chǎn)的角度上看，由于等溫成形所需要的變形力較低，可以采用小功率的設(shè)備進(jìn)行成形，因而等溫成形設(shè)備的投資要低于普通熱變形加工設(shè)備。

等溫成形技術(shù)對(duì)于應(yīng)變速率敏感性材料的成形有著35

等溫成形的主要成本在于模具，尤其是鎳基高溫合金模具材料及其制造上面。但是，由于等溫成形是在靜載荷、低壓力、無(wú)交變熱應(yīng)力條件下工作的，模具的使用壽命高。在等溫條件下，流動(dòng)金屬與模具之間接觸面上的散熱量比較小，使模具工作性能得到改善。等溫成形工藝是將金屬在近超塑性區(qū)域里的流變特性配合以高于超塑性變形時(shí)的應(yīng)變速率下進(jìn)行成形的，與其他成形技術(shù)相比，能更經(jīng)濟(jì)地加工產(chǎn)品。與普通熱變形加工方法相比，等溫成形時(shí)的應(yīng)變速率比較低，這勢(shì)必會(huì)影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)率。但是，由于等溫成形加工工序少、成形件尺寸精度高、后續(xù)機(jī)械加工量減少，甚至可以達(dá)到無(wú)切削加工，由此可以彌補(bǔ)應(yīng)變速率低所帶來(lái)的不足。等溫成形的主要成本在于模具，尤其是鎳基高溫合36

等溫成形在提高產(chǎn)品尺寸精度、提高材料的利用率、控制金屬件組織、提高性能方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著宇航工業(yè)的發(fā)展，等溫成形在難變形材料和貴重材料以及新型材料的成形方面將發(fā)揮重要的作用。等溫成形在提高產(chǎn)品尺寸精度、提高材料的利用率、37§9.5等溫成形時(shí)的潤(rùn)滑1.等溫成形潤(rùn)滑劑的條件

等溫成形用潤(rùn)滑劑應(yīng)該滿足以下要求：

①具有良好的成膜性、保證產(chǎn)品易于出模

在整個(gè)變形過(guò)程中，所采用的潤(rùn)滑劑能在模具與坯料之間形成連續(xù)的潤(rùn)滑薄膜，并具有較小的摩擦系數(shù)，由此可以降低變形力，使坯料的變形更加均勻。膜厚不一定相同，但需要起到分離模具與坯料表面的作用，防止粘?，F(xiàn)象的發(fā)生，保證產(chǎn)品易于出模，避免模具損耗，提高產(chǎn)品表面質(zhì)量。第9章金屬等溫成形§9.5等溫成形時(shí)的潤(rùn)滑第9章金屬等溫成形38②防止坯料氧化

良好的潤(rùn)滑劑可以降低甚至防止坯料在成形過(guò)程中和成形前加熱時(shí)的氧化現(xiàn)象，獲得表面質(zhì)量高的等溫成形產(chǎn)品。

③具有良好的絕熱性能

為了減少熱毛坯從加熱爐中取出移到模具過(guò)程中的熱量消耗，所選用的潤(rùn)滑劑應(yīng)具有良好的絕熱性能。④不與模具和坯料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

在成形過(guò)程中和成形前加熱時(shí)。潤(rùn)滑劑不能與模具和坯料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，否則會(huì)影響模具的使用壽命以及成形件的表面質(zhì)量和使用性能。②防止坯料氧化39⑤易于涂敷和除去

為了適應(yīng)機(jī)械化、自動(dòng)化等溫成形的要求，所選用的潤(rùn)滑劑應(yīng)具有易于涂敷和方便除去的特點(diǎn)。

⑥便于貯存及性能穩(wěn)定

潤(rùn)滑劑在貯存與使用過(guò)程中，應(yīng)具有性能穩(wěn)定、無(wú)毒，不受環(huán)境溫度、氧化、微生物的影響，符合環(huán)保要求。⑦價(jià)格低廉、貨源廣

等溫成形所選用的潤(rùn)滑劑應(yīng)滿足價(jià)格低廉、貨源廣的要求，這是工業(yè)化生產(chǎn)所必須考慮的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。⑤易于涂敷和除去402.等溫成形常用潤(rùn)滑劑

模具潤(rùn)滑是等溫成形工藝成敗的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)鐓粗試驗(yàn)估計(jì)，鋁合金成形時(shí)所采用的各類潤(rùn)滑劑的摩擦系數(shù)大致在0.06～0.24之間。而不使用潤(rùn)滑劑時(shí)的摩擦系數(shù)為0.48左右。使用潤(rùn)滑劑可以改善金屬流動(dòng)特性，避免粘模，減少成形件表面缺陷，并可使成形所需要的壓力降低。對(duì)于等溫成形來(lái)說(shuō)，通常變形速度較低，坯料與模具接觸時(shí)間較長(zhǎng)，模具潤(rùn)滑顯得格外重要。目前等溫成形使用的潤(rùn)滑劑還不像常溫成形潤(rùn)滑劑那樣成熟，常用潤(rùn)滑劑的主要成分如表9-5所示，有石墨、二硫化鉬(MoS2)、聚四氟乙烯、氮化硼(BN)、氧化鉛(PbO)以及玻璃等。2.等溫成形常用潤(rùn)滑劑41材料加工新技術(shù)與新工藝92課件42●石墨

石墨的潤(rùn)滑作用是由其六方晶系層狀晶體結(jié)構(gòu)決定的。在石墨晶體中，層與層之間碳原子的結(jié)合力較弱，因而容易滑動(dòng)。但是，處于同一平面層內(nèi)的相鄰碳原子之間結(jié)合力較強(qiáng)，極難破壞，因而石墨的熔點(diǎn)很高，化學(xué)性質(zhì)也很穩(wěn)定，幾乎不受所有有機(jī)溶劑，腐蝕性化學(xué)藥品的侵蝕，還具有不受很多熔融金屬或熔融玻璃浸滑的特點(diǎn)。因此，石墨與水、溶劑、油脂、橡膠、樹(shù)脂以及某些金屬混合時(shí)不會(huì)失去其原有的特性?！袷?3

作為潤(rùn)滑劑使用，石墨在室溫時(shí)的摩擦系數(shù)為0.11～0.19，摩擦系數(shù)隨溫度的變化如圖9-16所示。

從圖中可以看出，石墨在538℃時(shí)，摩擦系數(shù)急劇增大。這是由于在538℃時(shí)與空氣中的氧形成了CO2并開(kāi)始逸散，使?jié)櫥阅芙档偷木壒?。為了防止石墨?38℃時(shí)的氧化，可以加人氧化磷或硼化物，則在300～700℃范圍內(nèi)，可保持良好的潤(rùn)滑效果。

作為潤(rùn)滑劑使用，石墨在室溫時(shí)的摩擦系數(shù)為0.11～044

低熔點(diǎn)的鋁合金和鎂合金等溫成形時(shí)所采用的潤(rùn)滑劑的主要成分是石墨，也可以在膠體懸浮液中添加一些有機(jī)的或無(wú)機(jī)的化合物，以獲得更好的潤(rùn)滑效果。石墨潤(rùn)滑劑的載體是礦物油或水。石墨與機(jī)油按1.5：l比例配成，可以在500~600℃溫度下使用。但是油劑石墨潤(rùn)滑劑容易燃燒或產(chǎn)生煙霧，所以通常采用膠體或半膠體的水溶性石墨。石墨系列的潤(rùn)滑劑雖然操作上安全些，但殘留的潤(rùn)滑劑難以去除，且質(zhì)點(diǎn)嵌人坯料表面會(huì)形成污點(diǎn)、點(diǎn)蝕等，同時(shí)也會(huì)使工作條件惡化。為了去除成形件表面上的石墨，可將成形件放人15％～20％鉻酸和5％NaNO3的水溶液中浸泡1～3min，或用噴砂法去除。低熔點(diǎn)的鋁合金和鎂合金等溫成形時(shí)所采用的潤(rùn)滑劑的主要45●二硫化鉬

二硫化鉬在金屬表面的黏著強(qiáng)度比石墨高，是應(yīng)用比較廣泛的潤(rùn)滑材料。二硫化鉬具有黑灰色美麗光澤，與石墨一樣具有六方晶系層狀結(jié)構(gòu)。二硫化鉬摩擦系數(shù)隨溫度的變化如圖9-16所示。在約350℃以上時(shí)，有一部分二硫化鉬開(kāi)始氧化成三氧化鉬(MoO3)，使摩擦系數(shù)增大?！穸蚧f46

在二硫化鉬沒(méi)有完全變成MoO3期間，仍保持一定的潤(rùn)滑性能。MoO3在760℃開(kāi)始蒸發(fā)，因此，在較高的溫度(400℃以上)，其潤(rùn)滑性能不如石墨。在二硫化鉬中加人防氧化劑氧化硼作為黏結(jié)劑，則在300～700℃范圍內(nèi)，擠壓碳鋼、低合金鋼以及不銹鋼時(shí)，能夠保持良好的潤(rùn)滑效果。但是，高鎳合金對(duì)硫的滲透是十分敏感的，在擠壓時(shí)，即使少量的硫也會(huì)引起晶間破壞。

●聚四氟乙烯

聚四氟乙烯是四氟乙烯(C2F4)的聚合體，是一種熱塑性塑料。作為潤(rùn)滑劑使用，四氟乙烯只是單純地使兩種金屬隔離開(kāi)來(lái)，其摩擦系數(shù)隨溫度的變化如圖9-16所示。由圖中司以看出，聚四氟乙烯只適合于較低溫度下的成形過(guò)程。在二硫化鉬沒(méi)有完全變成MoO3期間，仍保持47●氮化硼

作為潤(rùn)滑劑使用的氮化硼是白色的微細(xì)粉末，具有與石墨類似的六方晶系層狀結(jié)構(gòu)，氮化硼在700℃以下時(shí)具有良好的耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性以及絕緣性能。大氣中，氮化硼在900℃以下的摩擦系數(shù)為0.2，因而適合于用作高溫潤(rùn)滑劑。但氮化硼與鋼鐵材料的附著性能相對(duì)較差，在應(yīng)用上受到一定的限制?！裱趸U氧化鉛熔點(diǎn)888℃，在室溫時(shí)比一般潤(rùn)滑劑的摩擦系數(shù)高，在538℃以上時(shí)，摩擦系數(shù)低，潤(rùn)滑性能比較好。在370～480℃時(shí)，氧化成Pb3O4，使?jié)櫥Ч档?。?38℃時(shí)，Pb3O4又變?yōu)镻bO，使其潤(rùn)滑性能得到恢復(fù)，在300～600℃溫度范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)為0.3～0.15。PbO雖然具有較好的潤(rùn)滑性能，但有毒，在使用時(shí)應(yīng)給予注意?！竦?8●玻璃

玻璃潤(rùn)滑劑是高熔點(diǎn)金屬與合金等溫成形常用的潤(rùn)滑劑。玻璃潤(rùn)滑劑只有在熔融狀態(tài)才具有良好的潤(rùn)滑性能。潤(rùn)滑劑保持最佳黏度的溫度范圍越寬，潤(rùn)滑效果越好。黏度的變化與玻璃潤(rùn)滑劑的組成有關(guān)。玻璃潤(rùn)滑劑的成分應(yīng)含有SiO2、K2O、Na2O、A12O3、CaO、Li2O、B2O3、BaO、MgO、PbO等氧化物。等溫成形時(shí)的最佳黏度在1.5×102～3×103Pa·s。

玻璃潤(rùn)滑劑是由玻璃粉、穩(wěn)定劑、固結(jié)劑以及水組成的懸浮液。穩(wěn)定劑一般采用黏土或膨潤(rùn)土；固結(jié)劑由水玻璃、酪素膠或亞硫酸酒精糟組成。使用時(shí)，用水進(jìn)行稀釋，1000g玻璃粉需加水400g。●玻璃49

在等溫成形時(shí)，通過(guò)涂敷玻璃潤(rùn)滑劑，可以防止金屬與周圍氣氛發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即表面氧化、吸收氣體以及表面合金元素的貧化等，減緩金屬的氧化速度。為了將潤(rùn)滑劑有效地涂敷到坯料表面上，在涂敷潤(rùn)滑劑之前，要對(duì)坯料進(jìn)行吹砂處理。將坯料加熱到120～150℃溫度，可以使玻璃潤(rùn)滑劑涂敷到坯料上之后會(huì)立即固結(jié)，能很好地粘附到坯料表面。玻璃潤(rùn)滑劑的涂敷方法有多種形式：

①用噴霧器將玻璃潤(rùn)滑劑涂敷到坯料表面的噴涂方法；

②將坯料浸入懸浮液中進(jìn)行浸涂的浸涂方法；

③用刷子將玻璃潤(rùn)滑劑涂敷到坯料表面的刷涂方法。在等溫成形時(shí)，通過(guò)涂敷玻璃潤(rùn)滑劑，可以防止金50

采用噴涂方法雖然可以將潤(rùn)滑劑比較均勻的涂敷到坯料表面上，但該方法勞動(dòng)條件差，潤(rùn)滑劑損耗大；浸涂和刷涂方法操作簡(jiǎn)單、潤(rùn)滑劑耗損小，但涂敷不均勻。一般潤(rùn)滑劑的涂層厚度小于0.25mm。在等溫成形結(jié)束后，必須將坯料表面上的殘留玻璃潤(rùn)滑劑層和氧化皮清除掉。在工序之間去除殘留玻璃潤(rùn)滑劑層和氧化皮的目的是防止其壓入下一成形件中，使下一道成形獲得均勻的潤(rùn)滑劑涂層。成形件表面可以采用機(jī)械的或化學(xué)的方法進(jìn)行清理。機(jī)械清除方法有噴金屬砂、氧化鋁砂、石英砂、濕噴砂、噴丸清理和滾筒打光等。化學(xué)清理方法有酸洗和堿洗兩種。采用噴涂方法雖然可以將潤(rùn)滑劑比較均勻的涂敷到51§9.6等溫成形用模具材料1.等溫成形模具材料的一般要求

與常規(guī)熱變形不同，等溫成形時(shí)的模具預(yù)熱溫度與坯料的變形溫度大致相同，是比較高的。并且，通常等溫成形時(shí)的變形速度較低，變形時(shí)間比常規(guī)熱變形時(shí)間長(zhǎng)。等溫成形的特點(diǎn)是：模具預(yù)熱溫度高、變形速度較低、變形時(shí)間長(zhǎng)。由于等溫成形時(shí)模具是在高溫長(zhǎng)時(shí)間條件下服役，模具材料選擇是非常重要的。等溫成形用模具材料需要滿足以下要求：

①在高溫下具有較高的強(qiáng)度、硬度、韌性以及耐磨性能，并且在長(zhǎng)期服役過(guò)程中，組織與性能熱穩(wěn)定性好，模具不易產(chǎn)生變形。

§9.6等溫成形用模具材料52

②等溫成形用模具雖然不是在周期性的溫度急劇變化下服役的，但對(duì)其材料的耐熱疲勞性能也應(yīng)有一定要求。③等溫成形時(shí)，模具往往是在較高的溫度下工作，與變形坯料、空氣以及潤(rùn)滑劑等其他介質(zhì)接觸，因而要求所使用的模具材料具有在高溫下抗氧化性能與抗腐蝕性能。

④為了充分發(fā)揮等溫成形工藝在加工復(fù)雜形狀、高尺寸精度產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，所選用模具材料應(yīng)具有線膨脹系散小、導(dǎo)熱性能好的特點(diǎn)。

⑤為了便于制造模具，要求等溫成形用模具材料具有良好的可鍛性、可切削性、可磨削性、可焊性以及熱處理變形小的特點(diǎn)。

⑥材料來(lái)源廣、成本低廉。②等溫成形用模具雖然不是在周期性的溫度急劇變化532.等溫成形常用模具材料

等溫成形用模具材料的選擇，主要依據(jù)等溫成形件的材料種類、形狀尺寸、工作條件以及變形溫度、變形速度和所要求的尺寸精度等。表9-8給出了常用金屬材料的等溫變形溫度范圍。2.等溫成形常用模具材料54（1）熱作模具鋼

對(duì)于鋁、鎂等熔點(diǎn)較低的金屬等溫成形，模具材料一般采用熱作模具鋼40Cr5MoSiV1、3Cr2W8V，硬度為HRC45～50左右。銅合金由于變形溫度較高，可以采用3Cr2W8V、3Cr3Mo3W2V，硬度為HRC45左右。3Cr2W8V定型較早，是最早使用的鎢系熱作模具鋼，由于含鉻量較低，使其高溫下的抗氧化和抗熔融金屬?zèng)_擊性能僅約為高鉻含量的熱作模具鋼的一半。當(dāng)模具型腔工作溫度小于600℃時(shí)，通常采用4Cr5MoSiVl代替3Cr2W8V；當(dāng)模具型腔工作溫度高于600℃時(shí)，可采用鎢鉬系或鉬系熱作模具鋼4Cr3Mo3SiV、3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、5Cr4Mo3SiMnVAl、5Cr4W2Mo2SiV等代替3Cr2W8V。

（1）熱作模具鋼55（2）鈦合金和高溫合金等溫成形用模具材料

鈦合金和高溫合金的等溫成形溫度大多在800℃以上，由于模具工作溫度較高，要求模具材料具有較高的高溫強(qiáng)度、抗氧化性、抗熱疲勞性、抗蠕變性、耐磨性、沖擊韌性、淬透性以及導(dǎo)熱性能。目前，鈦合金和高溫合金的等溫成形模具一般采用鑄造鎳基高溫合金制造。如IN100、IN718等高溫合金、MAR-M200、)KC6K、K3、K5，以及鉬基難熔合金TZM等。鉬基難熔合金TZM在高溫下極易氧化，要求在真空條件下進(jìn)行鍛造，使得鍛造工藝和裝備極為復(fù)雜，投資大，并且生產(chǎn)效率很低。

（2）鈦合金和高溫合金等溫成形用模具材料56§9.7等溫成形用設(shè)備

雖然等溫成形可以在通用的壓力機(jī)、擠壓機(jī)上進(jìn)行，但是，從提高生產(chǎn)效率，便于機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)的角度出發(fā)，最好使用專用等溫成形設(shè)備。等溫成形用設(shè)備需要滿足以下基本要求：

①具有加熱裝置等溫成形時(shí)，需要將模具加熱到坯料的變形溫度，因此，等溫成形用設(shè)備應(yīng)配備加熱裝置。可以采用感應(yīng)加熱、電阻加熱等方式預(yù)熱模具?！?.7等溫成形用設(shè)備57

②模具的固定

等溫成形設(shè)備的工作空間尺寸應(yīng)能夠可靠地安裝模具裝置，其閉合高度應(yīng)能保證很方便地更換模具裝置。為了充分發(fā)揮等溫成形工藝的近終成形的特點(diǎn)，應(yīng)將模具牢固地安裝在設(shè)備上，并且安裝與調(diào)整方便。對(duì)于鈦合金和高溫合金的等溫成形，由于變形溫度較高，模具夾持器以及螺釘通常采用鎳基高溫合金制造，以保證模具裝置在變形溫度下長(zhǎng)期工作時(shí)的性能不變。

③良好的熱絕緣性能

為了提高等溫成形設(shè)備的穩(wěn)定性和使用壽命，等溫成形設(shè)備的工作部分與加熱至高溫的模具之間應(yīng)具有可靠的熱絕緣性能。②模具的固定58扼流型鋁合金波導(dǎo)法蘭(如圖9-17所示)是微波組件中不可缺少的重要聯(lián)結(jié)件，其端面具有深槽和薄筋，中心為矩形通孔，幾何形狀復(fù)雜，尺寸精度要求很高(±0.05m)，表面粗糙度為1.5~2.3m以內(nèi)，并且要求具有良好的焊接性能?！?.8等溫成形工藝的應(yīng)用1.鋁合金波導(dǎo)法蘭的等溫成形扼流型鋁合金波導(dǎo)法蘭(如圖9-17所示)是微波組件中59

由于鋁合金波導(dǎo)法蘭是標(biāo)準(zhǔn)件，需要保證零件的批量一致性，以保證互換性。采用機(jī)械加工方法生產(chǎn)鋁合金波導(dǎo)法蘭，需要車、銑、插以及鉗修等多道加工工序，不僅材料利用率低，而且不能保證產(chǎn)品的批量一致性，給微波組件的調(diào)試帶來(lái)相當(dāng)大的難度。針對(duì)采用機(jī)械加工方法生產(chǎn)鋁合金波導(dǎo)法蘭時(shí)所存在的問(wèn)題，并考慮到鋁合金波導(dǎo)法蘭幾何形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的特點(diǎn)，采用等溫成形工藝代替繁雜的機(jī)械加工方法，既可以保證產(chǎn)品的尺寸精度，又可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的批量一致性，提高生產(chǎn)效率，降低成本。鋁合金波導(dǎo)法蘭等溫成形的工藝參數(shù)如表9-15所示，模具結(jié)構(gòu)如圖9-18所示。采用等溫成形制造的鋁合金波導(dǎo)法蘭的尺寸偏差小于0.02～0.03mm，接近于冷擠壓件的尺寸精度水平。由于鋁合金波導(dǎo)法蘭是標(biāo)準(zhǔn)件，需要保證零件的批60材料加工新技術(shù)與新工藝92課件612.鈦合金的等溫成形雖然鈦合金重量輕，比強(qiáng)度高，低溫韌性優(yōu)異，耐腐蝕性能突出，但由于鈦合金價(jià)格昂貴，因而其用途主要限于航空、航天以及化工等重要領(lǐng)域。對(duì)于飛機(jī)以及航天器等零部件，從減輕重量的角度出發(fā)，其幾何形狀往往是非常復(fù)雜的。過(guò)去在制造航空、航天用鈦合金零件時(shí)，是將鑄錠經(jīng)鍛造后切削而成的，某些復(fù)雜零件的材料利用率僅為5％~15％左右，大部分材料均因機(jī)械加共而成為廢屑。同時(shí)由于鈦合金的機(jī)械加工難度較大，加工費(fèi)用和工具費(fèi)用比其他材料高出5～10倍。等溫成形技術(shù)以其終形、近終形的加工特點(diǎn)，為飛機(jī)以及航天器等鈦合金零部件的成形提供了非常有效的手段。2.鈦合金的等溫成形62例如+型的TC4鈦合金板材，在超細(xì)晶粒(約3n)，溫度為900℃左右，應(yīng)變速率約為l.3×10-3s-1的條件下進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)，其伸長(zhǎng)率可達(dá)1000％。圖9-19為采用等溫成形工藝生產(chǎn)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件、飛機(jī)艙門(mén)、火箭部件、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等零件。例如+型的TC4鈦合金板材，在超細(xì)晶粒(約3n633.高溫合金的等溫成形

高溫合金主要用于制造航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件和航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件，是現(xiàn)代航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)必不可少的關(guān)鍵材料。在航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)中，高溫合金在600～1200℃溫度、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下長(zhǎng)期工作，其工作條件非常惡劣，對(duì)材料的物理、化學(xué)以及力學(xué)性能的要求非常嚴(yán)格。所采用的高溫合金必須具有足夠高的耐熱強(qiáng)度、良好的塑性、抗高溫氧化和燃?xì)飧g的能力以及長(zhǎng)期組織穩(wěn)定性。在航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上，高溫合金主要用于制造燃燒室、導(dǎo)向叫片、渦輪葉片和渦輪盤(pán)等零件；在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上，高溫合金主要用于制造渦輪盤(pán)、燃燒室擱板等零件。

3.高溫合金的等溫成形64

由于航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)性能不斷提高，對(duì)渦輪盤(pán)材料的要求也越來(lái)越高。因此，制作渦輪盤(pán)合金的合金元素含量也逐漸增多，隨之而來(lái)的合金偏析加重，變形抗力增大，采用常規(guī)的冶金生產(chǎn)非常網(wǎng)難。即使是最小的渦輪零件來(lái)說(shuō)，由于所采用的高溫合金屬于難變形材料，不管是鍛錘還是液壓機(jī)，都要采用重型昂貴的鍛造設(shè)備。某些難變形高溫合金在特定的條件下具有超塑性，利用高溫合金的超塑性，可以采用等溫超塑性成形技術(shù)，加工高溫合金零件，達(dá)到滿足航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)高溫合金零件的需求。

由于航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)性能不斷提高，對(duì)65

普拉特-惠特尼公司(PWA)成功地開(kāi)發(fā)了帶葉片的等溫超塑性APK1合金(17％Co-15％Cr-5％Mo-4％Al-35％Ti-0.03％C，余量Ni)整體渦輪盤(pán)制造技術(shù)。主要的工藝方法是先將鑄造高溫合金在低于′固溶溫度下進(jìn)行擠壓加工，獲得非常細(xì)小的晶粒，制備出超塑性材料；然后在變形溫度為1000～1000℃，變形速度為5mm/min條件下進(jìn)行等溫成形，獲得帶葉片的整體渦輪