विमानन उद्योग में टाइटेनियम मिश्र धातु फोर्जिंग प्रक्रिया का विश्लेषण और अनुप्रयोग उदाहरण

विमानन उद्योग में टाइटेनियम मिश्र धातु फोर्जिंग प्रक्रिया का विश्लेषण और अनुप्रयोग उदाहरण

सारांश: यह मुख्य रूप से टाइटेनियम मिश्र धातु और फोर्जिंग तकनीक का परिचय देता है। विमानन उत्पादन में पाए गए टीसी4 फोर्जिंग के फोर्जिंग दोषों और प्रक्रिया में सुधार की प्रक्रिया को एक उदाहरण के रूप में लेते हुए, यह टाइटेनियम मिश्र धातु फोर्जिंग की प्रक्रिया विशेषताओं और विमानन उद्योग में इसके अनुप्रयोग और विकास की संभावनाओं का विश्लेषण करता है।

1 अवलोकन

हमारे देश की राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था और विज्ञान और प्रौद्योगिकी के महान विकास के साथ, एयरोस्पेस और विमानन उद्योगों ने हाल के वर्षों में विकास के नए अवसरों की शुरुआत की है, खासकर राष्ट्रीय "बड़े विमान" परियोजना की स्थापना के बाद, नागरिक उड्डयन विनिर्माण उद्योग एक बन जाएगा विकास की व्यापक संभावनाओं के साथ राष्ट्रीय आर्थिक विकास का नेतृत्व करने वाला नया आर्थिक विकास बिंदु। विमान की उन्नत, विश्वसनीयता और प्रयोज्यता में लगातार सुधार करने और घरेलू विमान की अंतरराष्ट्रीय बाजार प्रतिस्पर्धात्मकता बढ़ाने के लिए, नागरिक उड्डयन विनिर्माण उद्यमों के लिए उच्च और उच्च आवश्यकताएं हैं विमानन निर्माण सामग्री का चयन; टाइटेनियम मिश्र धातु की मुख्य विशेषताएं इसकी छोटी विशिष्ट गुरुत्व, उच्च शक्ति, और अच्छी गर्मी प्रतिरोध और संक्षारण प्रतिरोध हैं। यह आधुनिक विमान बल घटकों के लिए पसंद की मुख्य सामग्री बन गई है, जिससे विमान का वजन काफी कम हो गया है, जिनमें से TC4 (Ti-6AL-4V) और TB6 ​​टाइटेनियम मिश्र धातु फोर्जिंग का विमानन में अधिक उपयोग किया जाता है। उत्पादन।

2. टाइटेनियम मिश्र धातुओं और फोर्जिंग प्रक्रियाओं का वर्गीकरण

कमरे के तापमान पर सूक्ष्म संरचना के अनुसार, टाइटेनियम मिश्र धातुओं को तीन प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: -प्रकार मिश्र धातु, + - प्रकार मिश्र धातु और -प्रकार मिश्र धातु। उनमें से, और + - प्रकार के मिश्र धातुओं के थर्मोप्लास्टिक्स का विरूपण गति के साथ बहुत कम संबंध होता है, जबकि -प्रकार के मिश्र धातुओं में अच्छी लचीलापन होती है, लेकिन बहुत कम तापमान -चरण वर्षा का कारण बन सकता है। टाइटेनियम मिश्र धातु की फोर्जिंग प्रक्रिया को पारंपरिक में विभाजित किया गया है फोर्जिंग तापमान और संक्रमण तापमान के बीच संबंध के अनुसार फोर्जिंग और उच्च तापमान फोर्जिंग।

2.1 टाइटेनियम मिश्र धातु की पारंपरिक फोर्जिंग

आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले विकृत टाइटेनियम मिश्र धातुओं को आमतौर पर संक्रमण तापमान से नीचे फोर्ज किया जाता है, जिसे पारंपरिक फोर्जिंग कहा जाता है। (+) चरण क्षेत्र में रिक्त स्थान के ताप तापमान के अनुसार, इसे ऊपरी दो-चरण क्षेत्र में फोर्जिंग और फोर्जिंग में विभाजित किया जा सकता है निचले दो-चरण क्षेत्र में?

2.1.1 निचले दो-चरण क्षेत्र में फोर्जिंग

निचले दो-चरण क्षेत्र में फोर्जिंग को आमतौर पर संक्रमण तापमान से 40 ~ 50 डिग्री नीचे गर्म और फोर्ज किया जाता है। इस समय, नवजात चरण और एक ही समय में विरूपण में भाग लेते हैं। विरूपण तापमान जितना कम होगा, विरूपण में शामिल चरणों की संख्या उतनी ही अधिक होगी। क्षेत्र के विरूपण की तुलना में, निचले चरण में चरण की पुन: क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया दो-चरण क्षेत्र में तेजी से तेजी आई है। पुनर्क्रिस्टलीकरण द्वारा निर्मित नए दाने न केवल विकृत मूल अनाज सीमा के साथ अवक्षेपित होते हैं, बल्कि अनाज सीमा और शीट परत के बीच की मध्यवर्ती परत में भी दिखाई देते हैं। इस प्रक्रिया द्वारा उत्पादित फोर्जिंग में उच्च शक्ति और अच्छी प्लास्टिसिटी होती है, लेकिन उनकी फ्रैक्चर क्रूरता और रेंगने वाली संपत्तियों में अभी भी काफी संभावनाएं हैं।

2.1.2 ऊपरी दो-चरण क्षेत्र में फोर्जिंग

इसे /( + ) चरण संक्रमण बिंदु से नीचे 10-15 डिग्री के तापमान पर तैयार किया जाता है। विरूपण के बाद अंतिम ऊतक में अधिक रूपांतरित ऊतक होते हैं, जो ऊतक के रेंगने के प्रदर्शन और फ्रैक्चर कठोरता में सुधार कर सकते हैं; टाइटेनियम मिश्र धातु की प्लास्टिसिटी, ताकत और कठोरता को जोड़ा जा सकता है।

2.2 टाइटेनियम मिश्र धातु की उच्च तापमान फोर्जिंग

इसे "फोर्जिंग" के रूप में भी जाना जाता है, इसे दो प्रकारों में विभाजित किया गया है: पहला ज़ोन में रिक्त स्थान को गर्म करने, ज़ोन में फोर्जिंग शुरू करने और पूरा करने की प्रक्रिया विधि है; दूसरा क्षेत्र में रिक्त स्थान को गर्म करने, क्षेत्र में फोर्जिंग शुरू करने और दो चरण वाले क्षेत्र में फोर्जिंग को पूरा करने के लिए बड़ी मात्रा में विरूपण को नियंत्रित करने की प्रक्रिया विधि है, जिसे "उप-फोर्जिंग" कहा जाता है। की तुलना में दो-चरण ज़ोन फोर्जिंग, फोर्जिंग उच्च रेंगने की शक्ति और फ्रैक्चर क्रूरता प्राप्त कर सकती है, जो टाइटेनियम मिश्र धातुओं के थकान गुणों में सुधार के लिए भी अनुकूल है।

2.3 टाइटेनियम मिश्र धातु की इज़ोटेर्मल डाई फोर्जिंग

इस प्रकार की प्रक्रिया अधिक जटिल फोर्जिंग उत्पन्न करने के लिए सामग्री की सुपरप्लास्टिकिटी और क्रीप तंत्र का उपयोग करती है, जिसके लिए मोल्ड को पहले से गरम करने और 760 ~ 980 डिग्री की सीमा में बनाए रखने की आवश्यकता होती है; हाइड्रोलिक प्रेस एक पूर्व निर्धारित मूल्य पर दबाव लागू करता है, और प्रेस की कार्य गति स्वचालित रूप से रिक्त स्थान के विरूपण प्रतिरोध द्वारा समायोजित की जाती है। चूंकि मोल्ड गर्म होता है, इसलिए तेजी से ठंडा होने से बचने के लिए इतनी तेज़ चलने वाली बीम का उपयोग करने की कोई आवश्यकता नहीं होती है। विमान में उपयोग किए जाने वाले कई फोर्जिंग में पतली दीवारों और ऊंची पसलियों की विशेषताएं होती हैं, इसलिए इस तरह की प्रक्रिया को विमानन निर्माण में लागू किया गया है, जैसे कि एक निश्चित प्रकार के घरेलू विमान की टीबी 6 टाइटेनियम मिश्र धातु इज़ोटेर्मल सटीक डाई फोर्जिंग प्रक्रिया।

3. टीसी4 फोर्जिंग का दोष विश्लेषण और प्रक्रिया में सुधार

3.1 टीसी4 फोर्जिंग में दोषों की घटना और विश्लेषण

जब एक फैक्ट्री ने बीकन के अनुसार टीसी4 फोर्जिंग का परीक्षण उत्पादन किया, तो फोर्जिंग के कई प्रदर्शन संकेतक अयोग्य पाए गए। उनमें से, "नॉच स्ट्रेस फ्रैक्चर" का सूचकांक 5 घंटे से कम था। इस समस्या को देखते हुए सबसे पहले TC4 की मेटलोग्राफिक संरचना का विश्लेषण किया जाना चाहिए, और फिर फोर्जिंग प्रक्रिया से इसका कारण पता लगाया जाना चाहिए।

3.1.1 टीसी4 के मेटलोग्राफिक संगठन की रूपात्मक विशेषताएं

TC4 टाइटेनियम मिश्र धातु एक + टाइटेनियम मिश्र धातु है, संरचना Ti―6AL-4V है, एनील्ड संरचना + चरण है, जिसमें 6 शामिल हैं? -स्थिर मौलिक एल्यूमीनियम ठोस पिघल को मजबूत करने के माध्यम से -चरण की ताकत में सुधार करता है, और वैनेडियम में -फेज को स्थिर करने की क्षमता कम होती है। इसलिए, एनील्ड ऊतक में -चरणों की संख्या कम होती है, जो लगभग 7-10 के बराबर होती है।

विभिन्न ताप उपचार और थर्मल प्रसंस्करण स्थितियों के तहत, मूल चरणों और टीसी 4 मिश्र धातुओं के अनुपात, गुण और आकारिकी बहुत अलग हैं। टीसी 4 मिश्र धातु का संक्रमण तापमान लगभग 1000 डिग्री है। यदि TC4 को 950 डिग्री तक गर्म किया जाता है, तो हवा के ठंडा होने के बाद परिणामी ऊतक नवजात + संक्रमण ऊतक होता है; यदि इसे 1100 डिग्री तक गर्म किया जाए और हवा में ठंडा किया जाए, तो एक मोटा और पूरी तरह से रूपांतरित चरण ऊतक प्राप्त होता है, जिसे वेई ऊतक कहा जाता है। यदि ताप और विरूपण एक ही समय में कार्य करते हैं, तो प्रभाव अधिक स्पष्ट होता है। TC4 मिश्र धातु को संक्रमण तापमान से ऊपर गर्म किया जाता है, लेकिन विरूपण छोटा होता है, और वेई के ऊतक का निर्माण होता है। इसकी संगठनात्मक विशेषताएं हैं: कम प्लास्टिसिटी और प्रभाव क्रूरता, लेकिन अच्छा रेंगना प्रतिरोध। यदि प्रारंभिक विरूपण तापमान संक्रमण से ऊपर है, लेकिन विरूपण की डिग्री काफी बड़ी है, जिसके परिणामस्वरूप ऊतक की विशेषताएं हैं: चरण द्वारा खींचा गया अनाज सीमा भाग कुचल दिया जाता है, और धारीदार चरण भाग विकृत हो जाता है, जिसे जाल जैसा ऊतक कहा जाता है। यह बेहतर प्लास्टिसिटी और प्रभाव की विशेषता है वेई के संगठन की तुलना में कठोरता, आइसोमेट्रिक फाइन क्रिस्टल संगठन के समान, लंबे समय तक चलने वाला उच्च तापमान और अच्छा रेंगना प्रदर्शन। यदि हीटिंग तापमान संक्रमण तापमान से कम है और विरूपण की डिग्री पर्याप्त है, तो एक आइसोमेट्रिक संरचना प्राप्त की जाती है। इसकी विशेषता है अच्छा समग्र प्रदर्शन, विशेष रूप से उच्च प्लास्टिसिटी और प्रभाव क्रूरता। यदि + चरण क्षेत्र का उच्च तापमान वाला हिस्सा विकृत हो जाता है और फिर मिश्रित संरचना बनाने के लिए उच्च तापमान पर एनील्ड किया जाता है, तो इसका समग्र प्रदर्शन अच्छा होता है।

मेटलोग्राफिक संगठन के उपरोक्त विश्लेषण से, यह अनुमान लगाया जा सकता है कि यदि TC4 का प्रदर्शन कम हो जाता है, तो यह फोर्जिंग प्रक्रिया में दो लिंक के कारण हो सकता है।

①हीटिंग तापमान बहुत अधिक है, संक्रमण तापमान तक पहुंच रहा है या उससे अधिक हो रहा है;

②फोर्जिंग की विकृति की डिग्री पर्याप्त बड़ी नहीं है।

3.1.2 टीसी4 फोर्जिंग प्रक्रिया विश्लेषण

अनाज के आकार और + टाइटेनियम मिश्र धातु के कमरे के तापमान गुणों पर फोर्जिंग तापमान का प्रभाव यह है कि जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है (चरण संक्रमण के ऊपर), अनाज बड़ा हो जाता है, जबकि बढ़ाव और क्रॉस-सेक्शन सिकुड़न छोटी हो जाती है, और प्लास्टिसिटी कम हो जाती है ; यह सुनिश्चित करने के लिए कि TC4 फोर्जिंग का समग्र प्रदर्शन अच्छा है, उन्हें संक्रमण तापमान से नीचे फोर्ज किया जाना चाहिए। टाइटेनियम मिश्र धातु में उच्च विरूपण प्रतिरोध है, लेकिन खराब तापीय चालकता है। फोर्जिंग के दौरान, मिश्र धातु के हिंसक प्रवाह और भारी हथौड़ा चलाने के तहत, विरूपण के कारण फोर्जिंग के अलग-अलग हिस्सों का तापमान संक्रमण तापमान से अधिक हो सकता है, और विरूपण की डिग्री बहुत बड़ी है, बहुत छोटी है और अन्य कारक अनाज का कारण बनेंगे मोटा होना, जिससे प्रदर्शन कम हो जाएगा। उपरोक्त के आधार पर, यह प्रारंभिक रूप से निर्धारित किया जा सकता है कि TC4 फोर्जिंग के घटिया प्रदर्शन के कारण क्या हो सकते हैं:

①जाली रिक्त स्थान के बैच का तापमान गर्म होने पर बहुत अधिक होता है, जो संक्रमण बिंदु से अधिक होता है;

②जब फोर्जिंग के दौरान एक हथौड़ा बहुत भारी होता है, तो एकल हथौड़ा के विरूपण की डिग्री बहुत बड़ी होती है, जिससे स्थानीय ओवरहीटिंग और एकत्रीकरण और पुन: क्रिस्टलीकरण होता है, और प्रदर्शन ख़राब हो जाता है।

③फोर्जिंग के बाद ताप उपचार तापमान बहुत अधिक होता है, जिससे TC4 फोर्जिंग का तापमान संक्रमण बिंदु से अधिक हो जाता है, जिससे वेई के ऊतक का निर्माण होता है और फोर्जिंग का प्रदर्शन कम हो जाता है।

3.2 टीसी4 फोर्जिंग प्रक्रिया पैरामीटर परिवर्तन और परीक्षण परिणाम

3.2.1 परीक्षण मापदंडों का चयन और परिणाम

उपरोक्त विश्लेषण को ध्यान में रखते हुए, TC4 फोर्जिंग प्रक्रिया मापदंडों (तालिका 1) को बदलें और एक ही समय में फोर्जिंग करते समय हल्के और तेज फोर्जिंग पर ध्यान दें। (नोट: कटिंग आकार￠50×113, फोर्जिंग आकार 50×65×65)

परीक्षण के परिणाम: सभी प्रदर्शन संकेतक योग्य हैं, जिनमें से "नॉच स्ट्रेस फ्रैक्चर" सूचकांक 5 घंटे से अधिक है।

3.2.2 परीक्षण परिणामों का विश्लेषण

(1) भट्ठी के तापमान और प्रारंभिक फोर्जिंग तापमान से देखते हुए, हीटिंग तापमान बहुत अधिक नहीं है, भले ही यह 20 डिग्री से अधिक हो, योग्य भागों को अभी भी फोर्ज किया जा सकता है।

(2) परीक्षण में, त्वरित पंच को हल्के से मारने के लिए एक एकल हथौड़ा प्रहार का उपयोग किया गया था, और परीक्षण फोर्जिंग का प्रदर्शन मानक तक था, जिससे साबित हुआ कि हल्का पंच और त्वरित पंच प्रदर्शन को बेहतर बनाने में एक महत्वपूर्ण कारक थे। माफ़ी.

(3) फोर्जिंग के बाद ताप उपचार तापमान मूल पैरामीटर से 20 डिग्री कम है, जो प्रदर्शन में सुधार का एक कारक भी हो सकता है, क्योंकि तापमान के दृष्टिकोण से, यदि तापमान नियंत्रण विचलन के कारण भट्ठी का तापमान 795 डिग्री तक पहुंच जाता है, यह उत्पादन मैनुअल में निर्दिष्ट 780 डिग्री से अधिक है, जिससे फोर्जिंग के प्रदर्शन में कमी आएगी।

3.2.3 परीक्षण परिणामों का सत्यापन और निष्कर्ष

परीक्षण के परिणामों को और अधिक सत्यापित करने के लिए, उत्पादन (तालिका 2) के साथ संयोजन में एक परीक्षण आयोजित किया गया था, और हथौड़ा चलाने के दौरान हल्की और त्वरित पिटाई की विधि अभी भी बनाए रखी गई थी; परिणाम यह हुआ कि सभी फोर्जिंग परीक्षण में उत्तीर्ण हो गए, और "नॉच स्ट्रेस फ्रैक्चर" का सूचकांक 5 घंटे से अधिक था।

परीक्षण से पहले और बाद में टीसी4 टाइटेनियम मिश्र धातु फोर्जिंग के यांत्रिक गुणों को ऊपर दिखाया गया है (तालिका 3)। परीक्षण के माध्यम से, यह निष्कर्ष निकाला गया है कि टीसी4 टाइटेनियम मिश्र धातु फोर्जिंग का उत्पादन करते समय, फोर्जिंग की प्रक्रिया मापदंडों को सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए; सबसे पहले, एकल हथौड़ा के विरूपण को कम करने के लिए फोर्जिंग में प्रकाश और तेज़ फोर्जिंग पर ध्यान दें, और दूसरी बात, फोर्जिंग के बाद गर्मी उपचार तापमान का सैद्धांतिक मूल्य 760 ~ 770 डिग्री की सीमा में सेट किया जाना चाहिए, इसलिए टीसी4 फोर्जिंग की फोर्जिंग गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए।

3. टाइटेनियम मिश्र धातु फोर्जिंग प्रौद्योगिकी के विकास की संभावनाएं

टाइटेनियम मिश्र धातु की फोर्जिंग प्रक्रिया का व्यापक रूप से विमानन और एयरोस्पेस विनिर्माण उद्योगों में उपयोग किया जाता है। आइसोथर्मल फोर्जिंग प्रक्रिया का उपयोग इंजन भागों और विमान संरचनात्मक भागों के उत्पादन में किया गया है; यह ऑटोमोटिव, इलेक्ट्रिक पावर और नौसैनिक उद्योगों में भी अधिक से अधिक लोकप्रिय हो रहा है। स्वागत है। विदेशों में, टाइटेनियम मिश्र धातुओं का अनुप्रयोग बहुत उच्च स्तर पर विकसित हुआ है, और उच्च तापमान TiAL मिश्र धातुओं और इंटरमेटेलिक यौगिकों के अनुप्रयोग को लोगों द्वारा महत्व दिया गया है, और बहुत सारे शोध किए गए हैं; इन सामग्रियों को बेहतर ढंग से लागू करने के लिए, साथ ही, उनकी विरूपण तकनीक पर कई अध्ययन किए गए हैं। लोग उच्च शक्ति उप-टाइटेनियम मिश्र धातुओं पर शोध पर भी अधिक ध्यान दे रहे हैं। टाइटेनियम मिश्र धातु का अनुप्रयोग और फोर्जिंग प्रौद्योगिकी का अनुसंधान अभी भी एक गर्म विषय रहेगा।