鈦合金3-鈦合金加工工藝

鈦合金的加工工藝鈦合金有著與鈦金屬類似的大氣高溫污染〔吸取氫氧氮〕、強度高導(dǎo)致的刀具壽命短、導(dǎo)〔這與高性能碳纖維復(fù)合材料的禁運有很大的差異。詳情見拙文《淺析碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用“://blog.sina.cn/s/blog_56c70d4b010165l9.html“://blog.sina.cn/s/blog_56c70d4b010165l9.html》〕然而，買得起未必用得起，正是加工工藝的簡單，將絕大多數(shù)國家擋在了鈦合金應(yīng)用的門外。下面，我們來看***鈦合金加工工藝的狀況。一、下料切割工藝鈦合金制件之前，先要將大塊鈦合金進展初步切割，做下料預(yù)備。鈦合金的切割，不像一般金屬，很難用火焰方法進展，否則高溫污染會導(dǎo)致材料脆化。因此多用等離子切割、激光切割、銑切來進展。但是這些方法，要么是材料簡潔產(chǎn)生熱應(yīng)力離散變形〔如激光切割〕、或者本錢太高無法滿足大量生產(chǎn)〔如離子束切割〕，要么是殘料率高〔如銑切〕。因此，人們想出了另一種常溫切割方式：高壓水切割。水切割，就是水刀，呵呵。以前咱聽說水滴石穿，那可要萬年功夫。這次是水切鈦斷，立等可取啊。中國航空報載，沈飛公司工藝爭論所的首席專家蒲永偉，對水切割技術(shù)有深厚積存，潛心爭論此項技術(shù)的鈦切割應(yīng)用，獲得成功，順當實施了40～100毫米厚的鈦合金板材切割。由于是常溫操作，切割質(zhì)量好，且其效率是常規(guī)切割方法的50倍以上，材料費大大節(jié)約。至今，10年。二、鑄造工藝幾乎與全部的耐火材料起反響。因此其熔化和澆注必需在惰性氣體〔如氬氣〕保護或者真空環(huán)境下進展。國內(nèi)應(yīng)用方面：消化吸取國外先進技術(shù)的根底上，把握和進展了金屬型、搗實型、機加工石墨型，以及氧化物面層陶瓷型殼等鈦合金鑄造技術(shù)，可以生產(chǎn)最大直徑達1500毫米X400毫米，最小壁厚為0.8毫米，單重到達近800千克的整體鈦合金鑄件，每年鑄造鈦5000噸，具備了鈦及鈦合金周密鑄件的根本生產(chǎn)技術(shù)。依據(jù)熱加工論壇的報道：我國航天用鑄造鈦合金的應(yīng)用始于2080年月中期，現(xiàn)已ZTi3，ZTiAl4，ZTiAl5Sn2.5，ZTiAl6V4，ZTiAl6Zr2MoV等品牌〔品牌的第一個字母Z，代表鑄造〕。2001年，由北航、華中理工研制的ZTC4鈦合金〔即對TC4進展鑄造加工后的合金件〕，利用熱等靜壓和熔模周密鑄造成型技術(shù),研制了某型飛機用鈦合金精鑄件。該鑄件外型尺寸為630mm×300mm×130mm,2.5mm,為簡單的框形構(gòu)造。中科院金屬爭論所網(wǎng)站報道：20115月，沈陽向中國科學(xué)院金屬爭論所研發(fā)的鈦鋁母合金制備技術(shù)，通過了英國羅羅公司〔Rolls-Royce〕的質(zhì)量審核。鈦鋁渦輪葉片周密鑄造技術(shù)質(zhì)量認證證書。中國的鑄造鈦合金技術(shù)，是如何吸取國外先進技術(shù)以及如何應(yīng)用的。大家從上文中，見仁見智吧，呵呵。三焊接工藝鈦合金的焊接工藝包括熔化焊、集中焊和緊固焊三大類數(shù)十種，應(yīng)用最多的是熔化焊。TIGMIG技術(shù)進展快速，創(chuàng)工藝不斷涌現(xiàn)，是焊接工藝的主力軍和先鋒隊。咱們多費些筆墨，稍加詳敘。并請大家記住一個名字：中航工業(yè)制造所——中國高能束流加工領(lǐng)域的先行者。鈦合金焊接，有優(yōu)勢也有劣勢。優(yōu)勢在于合金密度小，導(dǎo)熱慢，熱膨脹系數(shù)低，因此焊縫變形微小，焊道均勻，熱感應(yīng)裂紋幾乎不存在。劣勢在于，鈦合金的焊接，不適合承受傳統(tǒng)意義上的乙炔焊、金屬電弧焊和碳弧焊。緣由還是一般的，假設(shè)焊縫是銀白色或金黃色，恭喜你！這都是上佳的焊接。假設(shè)是紫色或者藍色，點點頭，也是合格的。假設(shè)是藍白色、白色、暗灰、白色、黃白色，則證明受到了大氣污染，焊縫變脆，延展性差。因此，鈦合金焊接中，必需隔開大氣與熔池。一般承受的方法有兩類：方法一：惰性氣體保護焊TIG焊。承受氬氣〔≥99.99％〕。等惰性氣體，讓其流過焊槍，對電極和熔池進展保護。比方鈦合金等離子TIG焊。方法二：真空焊接。在真空中進展焊接，完全防止大氣高溫污染。如電子束真空焊。F22的后機身前后梁，就承受了熱等靜壓鈦合金鑄件的真空電子束焊接構(gòu)造。此外，鈦合金焊接，還有一整套繁復(fù)多樣的工藝規(guī)章，法規(guī)真是大了去了。比方：焊前先對制件及焊絲進展酸洗，焊工應(yīng)佩戴干凈的白細紗布手套〔嚴禁佩戴棉線手套〕。焊接工作盡可能在室內(nèi)進展，環(huán)境風速應(yīng)≤0.5m/s，避開受穿堂風影響。焊接后真空爐退火消退剩余應(yīng)力，經(jīng)處理的焊區(qū)嚴禁用手觸摸和接觸鐵制物品。還有焊接坡口、焊流角等等，等等。國內(nèi)使用方面：11生產(chǎn)線引進說起。北京航空制造工程爭論所王亞軍的文章指出，中國的殲11生產(chǎn)線廣泛承受了電子束釬焊、集中焊、激光焊、真空釬焊、等離子弧焊及凸焊等工藝。其機體的焊接零件近萬，部件近千，甚至主承力構(gòu)造都承受焊接技術(shù)。如起落架的電子束焊，鈦合金隔框和梁的潛弧焊，油箱鈦合金下壁板和進氣道防護隔柵承受穿透焊，后機身的鈦合金蒙皮壁板承受TIG焊和點、縫焊，鋁合金、不銹鋼、鈦合金導(dǎo)管承受TIG焊、感應(yīng)釬焊。SU27/11工藝界，確立了中國航空工業(yè)現(xiàn)代焊接技術(shù)體系，開創(chuàng)性了中國對先進焊接工藝的大規(guī)模研發(fā)和使用先河。以此為起點，中國逐步把握了EBW、IFW、VB、自動氬弧焊、軌跡氬弧焊和弧焊機器人、SPF/DB、PAW及低應(yīng)力無變形焊接技術(shù)，大大促進了鈦合金焊接工藝的跨越式進展。依據(jù)中國航空聞網(wǎng)、中國航空報、華網(wǎng)等報道：承力構(gòu)造焊接：20117月，中航工業(yè)制造所尖等焊接缺陷，形成了大型簡單構(gòu)造低應(yīng)力、小變形電子束焊接制造關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了電子束焊接接頭綜合性能與母材水平相當。同時利用該技術(shù)，對某型鈦合金60mm厚截面電子束焊縫T損傷容限型鈦合金承力框構(gòu)造的電子束焊接制造20123中航工業(yè)制造所向中航工業(yè)成飛交付電子束焊接設(shè)備及鈦合金大型構(gòu)件焊接工藝的儀式在成飛進展。中航工業(yè)制造所設(shè)計制造的65立方米高壓電子束焊機，可完成最大達4米×2米范圍內(nèi)任何焊縫的焊接，是目前我國最大的高壓電子束焊接設(shè)備。最大焊接厚度可達105毫米；在大厚度焊縫成形、缺陷掌握以及焊接變形抑制方面取得突破性進展，焊后零件整體1.0毫米以內(nèi)，焊縫成形和接頭質(zhì)量均滿足相關(guān)要求。高溫粉末合金焊接線性磨擦焊〔LFW〕的工藝。LFW工藝的效率高，質(zhì)量好，焊縫區(qū)組織極細，焊接接頭的靜、動載力學(xué)性能到達甚至超過母材的水平，目前已用作航空發(fā)動機整體葉盤的生產(chǎn)工藝。歐洲戰(zhàn)斗機“臺風”發(fā)動機的3級低壓壓氣機整體葉盤、美國第四代戰(zhàn)斗機F-22和F-35發(fā)動機上整體葉盤，都是承受線性摩擦焊的頂級應(yīng)用國內(nèi)應(yīng)用方面中國航空聞網(wǎng)報道：20034月，中航工業(yè)制造所20噸線性摩擦焊試驗設(shè)備的自主研發(fā)。20068月，該所成功實現(xiàn)了第一件線性摩擦焊試件的焊接；200712月，該所成功實現(xiàn)國內(nèi)第一件碳鋼材料壓氣機整體葉盤模擬件焊接；2008年2月，該所成功實現(xiàn)國內(nèi)第一件鈦合金材料壓氣機整體葉盤模擬件焊接；200991:2縮比模擬件焊接從上面披露的信息看，中航工業(yè)制造所的LWF2009年前局限于“模擬件”焊接，尚未走出工藝試驗室進入型號流水線的正式生產(chǎn)。信任他們近幾年已經(jīng)取得了的進展，軍迷們望穿秋水，靜候佳音。這就要用到激光焊接激光焊接的能量密度高達106W/cm2以上，焊接速度快、對母材熱損傷小，承受柔性光纖傳輸1.06μmNd:YAG激光，配以可敏捷操作的機械手，可以實現(xiàn)空間曲線焊縫的自動焊接。在歐美等國在上世紀80年月末至90年月初，主要將激光焊接用于零件級和蒙皮類、型腔類及21世紀，雙光束激光焊接技術(shù)承受兩束激光對壁板構(gòu)造T型接甚至部件間連接的質(zhì)的跨越。國內(nèi)應(yīng)用方面：中國航空報報道：1995中航工業(yè)制造所，建立了高能束流加工技術(shù)重點試驗室。該所高能束流加工技術(shù)重點試驗室，先后建立了10kW光纖激光和3kWYAG4kWCO2激光焊接系統(tǒng)，以整體化焊接的鈦合金、鋁合金蒙皮類、型腔類及壁板類構(gòu)造為爭論對象，成功地將活性劑激光焊接技術(shù)應(yīng)用于飛機鈦合金蒙皮類和型腔類構(gòu)造的對接拼焊。雙光束激光焊接技術(shù)爭論也獲得重大突破，并應(yīng)用于飛機鈦合金壁板類構(gòu)造蒙皮與加強筋之間的整體化焊接?！惨娨韵聢D：留意川崎重工的激光器機器人〕1：鈦合金雙向加筋壁板構(gòu)造雙光束焊接此外，中國百科網(wǎng)2013年報道，中國已將鈦合金高純潔激光熔敷焊技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于航空發(fā)動機部件的再制造上，目前已修復(fù)某進口發(fā)動機中介機匣數(shù)個，防冰殼體和杯形件數(shù)百個。四、鍛造工藝金屬加工行業(yè)有一句俗話，叫鑄不如鍛，是說鑄造的零件外形比鍛造簡單，但是鑄件的機械強度性能遜于鍛件。航空武器裝備中的重要承力構(gòu)件都是由鍛件制成的，如飛機機體的承力框、梁、接頭、起落架，發(fā)動機的盤、軸、機匣殼體、葉片等。其中，大型鍛件用于制造大型構(gòu)件，屬于機身構(gòu)造中的關(guān)鍵件。這其中，固然少不了鈦合金的身影：美國波音747～787、AF-16飛機鈦合金機身隔框，D-10飛機的后支承環(huán)，915發(fā)動機機27～33飛機鈦合金大型構(gòu)造件，GT250001.2米渦輪盤等都是在大型模鍛水壓機上模鍛成形的。國內(nèi)應(yīng)用方面：題。中國高溫鈦合金的鼻祖曹春曉院士，依據(jù)鈦合金熱變形過程中再結(jié)晶和相變穿插進展的原〔高—低—高—低β晶粒的思路，利用特定的相變模式優(yōu)化了βBRCT工藝。α+ββ提高斷裂韌性50%20℃左右，可獲高得多的疲乏強度和拉伸塑性。顯著改善了大鍛件組織性能的均勻性和穩(wěn)定性，為空軍裝備更換代做出了重要奉獻。中國擁有鈦及鈦合金鍛造生產(chǎn)線，合金擠壓管、軋制和焊管生產(chǎn)線，包括1000~540010~600毫米的鍛棒以及直徑為2~200毫米的薄壁及厚壁管材，最大長度可達15米。但是，中國的超大型模鍛件的生產(chǎn)力量，曾經(jīng)長期無法滿足生產(chǎn)的需要，鍛件幾何尺寸、精度、重量、投影面積以及冶金質(zhì)量，同國外相比有很大差距。10，都有多項大型鍛件和原材料向法國訂購?？墒俏覀冎?，法國由于大型模鍛壓機加工力量缺乏，A380多個部件都750MN模鍛壓機加工。您說，中國的差距有多大？2120多年后的中國，積存和追趕的步伐，最終開頭沖刺和超越。20033117成了《進展我國大型鍛壓裝備爭論--8“十一五“81.5萬噸難變形合金擠壓機。國家發(fā)改委、科技部、國防科工委已將其列入中長期規(guī)劃，并打算在“十一五“期間實施。201281日，中國聞網(wǎng)報道，飛機超大型鈦合金構(gòu)造件，在西安閻良國家航空高技術(shù)產(chǎn)400MN〔4萬噸〕大型模鍛液壓機一次鍛造成功。該鍛壓機由中國中冶所屬中國二十二冶集團承包制造、清華大學(xué)機械工程系設(shè)計，是世界上最大的單缸模鍛液壓機。2四萬噸大型模鍛液壓機試生產(chǎn)中的這個鈦合金鍛件用的是TC181平方米，這是什么概念呢？美國生產(chǎn)鈦合金鍛件的專業(yè)公司W(wǎng)yman-Gordon450MN模鍛液壓機制造F-225.67平方米，是迄今為止世界上最大的航空用鈦合金整體隔框鍛件。有差距，是不是？補差的，來了——20134118萬噸大型鍛壓機在二重集團大型壓機車間試產(chǎn)成功，7.5萬噸模鍛壓機。這無疑會對我國四代機、大運、大客的構(gòu)造部件加工有巨大的戰(zhàn)略價值。11“獵鷹”高級教練機翼身連接件鈦合金大型框鍛件精化”精益工程成功實施。中國鈦合金超大鍛件的工藝進展戰(zhàn)略是跟隨創(chuàng)，即技術(shù)進展路線是跟隨，具體技術(shù)工藝是創(chuàng)。與世界先進水平的比肩已經(jīng)指日可待五、激光立體成型〔3D打印〕工藝金屬構(gòu)件“近凈成形”技術(shù)的分支——激光成形技術(shù)〔LaserAdditiveManufacturing),這是今年最熱的軍網(wǎng)話題，南北二馬之一的北京航空航天大學(xué)材料學(xué)院材料加工工程系主任王華明，已經(jīng)成為軍迷的偶像。對此，中華網(wǎng)蒼鷹的翅膀和多位大俠已有專帖。兵器迷大致回憶一下鈦合金相關(guān)工藝的進展進程，不再贅述。中國航空報報道：1992年，美國解密其LAM研發(fā)打算，受到全球矚目1995年，中國開頭鈦合金激光成形技術(shù)的跟蹤爭論。20057月，中國成功實現(xiàn)激光快速成形TA15鈦合金飛機角盒，TC4鈦合金飛機座椅支座及43種飛機上的裝機應(yīng)用。件水平。2006-2010601所研制的LAM50%、4倍(500℃/480MPa試驗條件下的高溫長久壽命,鍛造TA15鈦48.6h，激光直接成形鈦合金長達235h)、疲乏裂紋擴展抗力提高一個數(shù)量級，研制了迄今世界面積最大的飛機鈦合金大型構(gòu)造件激光快速成形工程化成套裝備(零件激光熔化沉積真空腔尺寸達4000mm3000mm2000mm12平方米投影面積的簡單鈦合金構(gòu)件的技術(shù)和力量，2009年，王明華團隊利用激光快速成形技術(shù)，制造出我國自主研發(fā)的大型客機C919的主風擋51/10。2010年，中國利用激光直接制造C9191607千克，而利用激13691.5%的材料2010-2013年，成飛和沈飛利用LAM技術(shù)，組裝出殲-20，殲-15、殲-16,和殲-31的局部組件，甚至包括起落架關(guān)鍵部件——3D打印的穩(wěn)定質(zhì)量掌握有相當難度，產(chǎn)品外表光滑度不高，產(chǎn)品內(nèi)部強度抗疲乏特性存在問題。能夠作為關(guān)鍵承力件產(chǎn)品在多型號應(yīng)用，意義非同一般。2013年，西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點試驗室下設(shè)的激光制造工程中心，為國產(chǎn)客機C919制造了鈦合金翼梁。同年，中航重機控股子公司中航激光所，展現(xiàn)了獲得2012年度“國家技術(shù)制造一等獎”的飛機鈦合金整體關(guān)鍵構(gòu)件〔見以下圖〕激光成形技術(shù)。33D打印鈦合金飛機部件2013114日，美國Sciaky公司宣布使用電子束替代激光3D打印，制造的5.8米×1.2米×1.2米。2013年，中國航空報報道，中航工業(yè)制造所從2006年在國內(nèi)領(lǐng)先開展電子束快速成型技術(shù)的爭論，經(jīng)過多年困難努力，在國內(nèi)實現(xiàn)了電子束快速成形技術(shù)在飛機制造上的首次應(yīng)用。中國人趕超的腳步，沒有最快，只有更快。國內(nèi)鈦合金加工領(lǐng)域，近年來捷報頻傳，可喜可賀。但另一方面，也應(yīng)當看到，即使在鈦工業(yè)大國中國，高溫鈦合金的加工，與鎳基、鐵基等全部高溫合金加工一樣，仍舊是難上難。難到什么程度?報載，中國材料大師師昌緒制造的某高溫合金出來20多年，才最終有適宜的工藝將之用在某型號發(fā)動機上。而大規(guī)模批產(chǎn)這樣的合金用于該發(fā)動機，則照舊是擺在冶金人面前的一道難題。加工鈦合金工藝進展的現(xiàn)實，再一次提示我們：航空航天工業(yè)的整體進步，需要理論大師，需要材料大師，同樣的，也需要工藝大師和大工匠。否則，設(shè)計和研發(fā)技術(shù)的成果潛力，難以立竿見影的轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)和裝備的產(chǎn)品實力，局部的突破就只能凸顯我們的短板。比方：咱們國產(chǎn)的五軸數(shù)控床子出來多年了，MBTF只有200-450小時，德國800-1000小時；咱們的數(shù)控系統(tǒng)MBTF