超塑性模锻工艺的应用及发展模板.doc

超塑性模锻工艺应用及发展摘要：介绍了超塑性模锻实质及工艺过程；列举了超塑性模锻应用现实状况及模具材料；叙述了超塑性模锻工艺特点和优点。关键词：超塑性模锻；应用；特点；优点一、引言伴随航空宇航工业快速发展及外向型经济日益扩大，模锻件质量及成本竞争愈来愈猛烈。超塑性模锻是近几年中发展起来一个少无切削和精密成形技术铸造新工艺。它利用金属材料超塑特征使毛坯成形，得到形状复杂及尺寸较正确锻件。多年来，高温合金和钛合金使用不停增加，这些合金特点是：流变抗力高，可塑性低，含有不均匀变形所引发机械性能各向异性敏感性，难于机械加工及成本高昂。如采取一般热变形铸造工艺时，机械加工金属损耗达80%左右，往往不能满足航空零件所需机械性能；不过采取超塑性模锻方法，就能改变过去肥头大耳落后铸造工艺。金属材料超塑性是指金属在特定条件(晶粒细化，极低变形速度及等温变形)下，能够含有比通常条件下更大塑性。如通常塑性很好低碳钢拉伸时延伸率只有30%～40%，塑性好有色金属也只有60%～70%，但超塑性状态，通常认为塑性差金属延伸率在100%～200%范围内，塑性好金属延伸率在500%～%范围内。二、超塑性模锻工艺过程［1，8］超塑性模锻工艺过程以下：首先将合金在靠近正常再结晶温度下进行热变形(挤压、轧制或铸造等)以取得超细晶粒组织；然后在超塑温度下，在预热模具中模锻成所需形状；最终对锻件进行热处理，以恢复合金高强度状态。依据超塑性存在条件，超塑性模锻要求坯料在成形过程中保持恒温，立即模具和变形合金加热到一样温度一个铸造工艺。图1两种模锻工艺比较(a)一般模锻(b)超塑性模锻1.毛坯2.锻件图1表示用一般模锻和超塑性模锻取得同一涡轮盘锻件(钛合金)工艺比较。表1列出了两种模锻方法关键工艺参数比较。表1两种模锻工艺比较(钛合金涡轮盘锻件)工艺参数一般模锻超塑性模锻毛坯加热温度(℃)940940HYPERLINK"http://mould.newmaker.com/"\t"_blank"模具加热温度(℃)480940变形速度(mm/s)12.7～42.30.025平均单位压力(MPa)500～583117模锻时工序次数41依据超塑性条件，超塑性模锻要求成形速度比较低(若模锻精密零件，则速度应选得更低些)。能够采取可调速慢速液压机，使工件变形时速度逐步减慢，方便得到良好充满性。超塑性模锻实践表明，模锻一件成品大约需要2～8min，类似于蠕变模锻。三、超塑性模锻应用现实状况［1，2，3，8］多种零件超塑性模锻介绍以下：(1)美国用超塑性模锻制造Ti-6Al-6V-2Sn钛合金飞机大梁。此合金在一般模锻时因为铸造温度范围较窄，伴随变形温度下降，变形抗力急增，极难模锻。但采取超塑性模锻就很轻易成形，其模锻工艺参数以下：平面毛坯钛合金加热到980℃，在精铸MAR-M200合金模具中进行等温模锻，变形速度0.04mm/s，成形时间为3～5min，模锻总压力2670kN。(2)美国用超塑性模锻Ti-6Al-6V-2Sn钛合金起落架前轮，使该合金既能显著降低变形抗力，又能锻成正确形状。其模锻工艺参数以下：带孔圆毛坯钛合金加热到980℃，在精铸MAR-M200合金模具中进行等温模锻，变形速度为0.04mm/s，成形时间为5～8min。模锻时平均单位压力为114MPa。为预防在模锻过程中锻件氧化，应采取氩气保护。(3)美国铝业企业用超塑性模锻Ti-6Al-4V钛合金框架加强板和支承底座机件。该合金是在950℃下进行超塑性模锻。框架加强板投影面积为10320mm2，超塑性模锻后锻件重量为0.32kg，加强肋最小壁厚3.17mm，而一般模锻件重3.63kg。支承底座机件投影面积为13545mm2，超塑性模锻后锻件重量为0.82kg，最小厚度2.67mm，而一般模锻件重6.36kg。(4)美国国家宇航局用超塑性模锻TAZ-8A高温合金涡轮叶片。TAZ-8A是美国多年来发展一个新型铸造合金，无可锻性，轻微铸造就要破裂，而采取超塑性却模锻出涡轮叶片。模锻工艺参数以下：把直径Φ25.4mm细晶粒圆坯料加热到1093℃，在加热HYPERLINK""\t"_blank"模具中进行等温模锻，一次变形量就可达75%。模具材料是TZM钼基铸造高温合金。(5)俄罗斯航空动力研究所用超塑性模锻法对BT9钛合金压气机叶片进行多件模锻。将钛合金毛坯Φ38mm×205mm加热到960℃，在10000kN油压机上进行等温变形，变形速度为1.5mm/s，平均单位压力为300～320MPa。模具材料为ЖC6-KП镍基铸造合金。用ЭBT-24型号玻璃润滑剂。锻后多件模锻坯在切边压力机上进行切边分离工序。(6)俄罗斯用超塑性模锻ЖC6-KП合金导向叶片。该材料是一个铸造合金，经过热静液压后，取得均匀细晶粒组织。拉伸试