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超塑性模鍛的應用

發布時間:2020/6/16
                  超塑性模鍛的應用
  超塑性模鍛成形工藝已經越來越多地應用于工業生產。目前較多應用于超塑性模鍛的材料,主要有鋅鋁合金、鋁基合金、銅合金、鈦合金及高溫合金等。不同材料具有不同的超塑性變形溫度。如Zn一22A1"在200~250℃;A1基合金在500℃左右;黃銅約在600℃;TC4等鈦合金及高溫合金等一般在800-950℃。
  在飛行器及宇航工業生產中,高溫合金和鈦合金的應用不斷增加,例如發動機渦輪盤、葉片等各種零件。這些合金的特點是:變形抗力高,但塑性極低,不均勻變形引起各向異性的敏感性強,難于切削加工及成本高。如采用普通模鍛,切削加工的金屬損耗達80Z左右。但是采用超塑性模鍛方法,就能顯著改善鍛件的組織性能,并且大大降低設備的噸位和減輕鍛件的重量。例如超塑模鍛成形的葉片,葉面可不需其他加工;飛機上形狀復雜的鈦合金部件,過去需用幾十個零件組成,改用超塑性模鍛后可一次整體成形,代替了原來的組合件,提高了總體使用性能,減輕了部件重量。
  超塑性模鍛的工藝過程一般是:首先將合金在接近正常再結晶溫度下進行熱變形(擠壓、軋制、鍛造等),獲得超細的晶粒組織;然后在超塑性變形溫度下,在預熱的模具中模鍛成所需的形狀;最后對精密鍛件進行熱處理,恢復合金的高強度狀態。超塑性模鍛要求毛坯在成形過程中保持恒溫,即要求進行等溫模鍛。超塑性模鍛要求成形速度低,一般用慢速液壓機,模鍛一件成品需要2~8min。
  表 表示用普通模鍛和超塑性模鍛獲得同一鈦合金渦輪盤鍛件的工藝比較。
  表 鈦合金渦輪盤的兩種模鍛工藝的比較

工藝參數

普通模鍛

超塑性模鍛

毛坯加熱溫度/℃

模具加熱溫度/℃

設備壓下速度/(mms)

平均單位壓力/MPa

模鍛時工步次數/次

940

480

12.742.3

4

50052.3

940

940

0.025

1

11.7

  超塑性模鍛工藝的優點如下。
  (1)能夠顯著提高金屬的塑性。對于塑性差的高強度合金鍛件以及具有薄壁、高筋等復雜形狀1}g鍛件,用普通模鍛方法成形難度大,采用超塑性模鍛,金屬充填模膛性能良好,可一次模鍛中鍛成,減少了加熱次數,節約了燃料,避免了多次加熱形成的表面氧化。
  (2)能夠極大地降低金屬的變形抗力。一般超塑性模鍛總壓力只是相當于普通模鍛的幾第八章特殊模鍛分之一到幾十分之一,可以在噸位較小的鍛造設備上模鍛較大的工件,例如5000kN液壓機可用來代替普通模鍛時的20000kN液壓機。
  (3)能夠得到高尺寸精度的鍛件,切削加工量很小,金屬消耗降低50%以上,這對很難切削加工的高溫合金和鈦合金鍛件特別有利;并且超塑性模鍛能使鍛件獲得均勻、細小的晶粒組織,因此鍛件具有良好、均勻的力學性能。
  超塑性模鍛,可以生產其他方法無法成形的鍛件,為少、無切削加工和精密成形開辟了一條新的途徑。但是超塑性模鍛也有局限性,例如需要恒溫條件,模具要安裝加熱、保溫裝置,模具材料要求嚴格;在高溫下進行超塑性模鍛應有抗氧化措施;生產率也低。超塑性模鍛的鍛件,材料仍然呈超細晶粒狀態,其室溫下的強度較高,但高溫蠕變性能較差,是否還需要經過熱處理,視使用要求而定。
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