钛及钛合金具有密度小、比强度高和耐蚀性能好等优点,被广泛应用于各种领域。为了更好地应用这些材料,科研人员对其锻造工艺做了许多研究。
钛合金锻造的主要工艺
锻压是利用金属的塑性,使胚料在工具的冲击或压力作用下,获得具有一定形状和组织性能的塑性成形的过程。锻压生产的优越性在于,它不但能获得机械零件的形状,而且能改善材料内部的组织,提高机械零件的力学性能。
1、自由锻
自由锻一般是在没有模腔的两个平模或型模之间进行的。自由锻使用的工具形状简单、灵活性大、制造周期短、成本低。但是,劳动强度大,操作困难,生产率低,锻件的质量不高,加工余量大。因此,它仅适于对制件性能没有特殊要求,且件数不多的情况下采用。
2、开式模锻(有毛边模锻)
坯料在两块刻有模腔的模块间变形,锻件被限制在模腔内部,多余的金属从两块模具之间窄缝中流出,在锻件四周形成毛边。在模具和四周毛边阻力作用下,金属被迫压成模腔的形状。
3、闭式模锻(无毛边模锻)
闭式模锻过程中,没有与模具运动方向垂直的横向毛边形成。闭式锻模的模腔有两个作用:一是用来给毛坯成形,二是用来导向。
4、挤压模锻
利用挤压法模锻,有正挤模锻和反挤模锻两种。挤压模锻可以制造各种空心和实心制件,可以获得几何尺寸精度高、内部组织更致密的锻件。
5、多向模锻
在多向模锻机上进行。多向模锻机除了有垂直冲孔注塞之外,还有两个水平柱塞,它的顶出器也可以用来冲孔,该顶出器的压力比普通液压机的顶出器的压力要大。多向模锻时,滑块从垂直和水平两个方向交替联合地作用到工件上,用一个或多个穿孔冲头使金属从模腔中心向外流动,以达到充满模腔的目的。在桶形件的分模线上没有特殊锻件的毛边。
6、分部模锻
为了能在现有的液压上锻出大型整体锻件,可采用分段模锻、垫板模锻等分部模锻法。分部模锻法的特点是对锻件逐段加工,每次加工一个部位,因此所需设备吨位可以很小。一般说来,采用这种方法可以在中型液压机上加工出特大锻件。
7、等温模锻
锻造前,把模具加热到毛坯的锻造温度,并且在整个模锻过程中模具和毛坯温度保持一致,这样可以在小变形力的作用下获得大变形量。等温模锻和等温超塑模锻很相似,所不同的是,后者在模锻前,毛坯需经过超塑处理[i],使之具有等轴晶粒[ii]。
钛合金的锻造工艺广泛应用于航空、航天制造业(等温模锻工艺已用于生产发动机的零件和飞机结构件上),也越来越受到汽车、电力和舰船等工业部门的欢迎。
目前钛材料的使用成本较高,很多民用领域并未充分认识到钛合金的魅力。随着科学的不断进步,钛和钛合金产品技术的制备将越来越简单,加工成本越来越低,钛和钛合金产品的魅力将在更广的领域中凸显出来。
参考文献:
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注释:
i 超塑形变处理工艺是由金属材料的超塑成形与热处理相结合的复合工艺
ii 等轴晶粒指的是结晶后各晶粒位向一致,满足各向同性。
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