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超塑性模锻的应用

发布时间:2020/6/16
                  超塑性模锻的应用
  超塑性模锻成形工艺已经越来越多地应用于工业生产。目前较多应用于超塑性模锻的材料,主要有锌铝合金、铝基合金、铜合金、钛合金及高温合金等。不同材料具有不同的超塑性变形温度。如Zn一22A1"在200~250℃;A1基合金在500℃左右;黄铜约在600℃;TC4等钛合金及高温合金等一般在800-950℃。
  在飞行器及宇航工业生产中,高温合金和钛合金的应用不断增加,例如发动机涡轮盘、叶片等各种零件。这些合金的特点是:变形抗力高,但塑性极低,不均匀变形引起各向异性的敏感性强,难于切削加工及成本高。如采用普通模锻,切削加工的金属损耗达80Z左右。但是采用超塑性模锻方法,就能显著改善锻件的组织性能,并且大大降低设备的吨位和减轻锻件的重量。例如超塑模锻成形的叶片,叶面可不需其他加工;飞机上形状复杂的钛合金部件,过去需用几十个零件组成,改用超塑性模锻后可一次整体成形,代替了原来的组合件,提高了总体使用性能,减轻了部件重量。
  超塑性模锻的工艺过程一般是:首先将合金在接近正常再结晶温度下进行热变形(挤压、轧制、锻造等),获得超细的晶粒组织;然后在超塑性变形温度下,在预热的模具中模锻成所需的形状;最后对精密锻件进行热处理,恢复合金的高强度状态。超塑性模锻要求毛坯在成形过程中保持恒温,即要求进行等温模锻。超塑性模锻要求成形速度低,一般用慢速液压机,模锻一件成品需要2~8min。
  表 表示用普通模锻和超塑性模锻获得同一钛合金涡轮盘锻件的工艺比较。
  表 钛合金涡轮盘的两种模锻工艺的比较

工艺参数

普通模锻

超塑性模锻

毛坯加热温度/℃

模具加热温度/℃

设备压下速度/(mms)

平均单位压力/MPa

模锻时工步次数/次

940

480

12.742.3

4

50052.3

940

940

0.025

1

11.7

  超塑性模锻工艺的优点如下。
  (1)能够显著提高金属的塑性。对于塑性差的高强度合金锻件以及具有薄壁、高筋等复杂形状1}g锻件,用普通模锻方法成形难度大,采用超塑性模锻,金属充填模膛性能良好,可一次模锻中锻成,减少了加热次数,节约了燃料,避免了多次加热形成的表面氧化。
  (2)能够极大地降低金属的变形抗力。一般超塑性模锻总压力只是相当于普通模锻的几第八章特殊模锻分之一到几十分之一,可以在吨位较小的锻造设备上模锻较大的工件,例如5000kN液压机可用来代替普通模锻时的20000kN液压机。
  (3)能够得到高尺寸精度的锻件,切削加工量很小,金属消耗降低50%以上,这对很难切削加工的高温合金和钛合金锻件特别有利;并且超塑性模锻能使锻件获得均匀、细小的晶粒组织,因此锻件具有良好、均匀的力学性能。
  超塑性模锻,可以生产其他方法无法成形的锻件,为少、无切削加工和精密成形开辟了一条新的途径。但是超塑性模锻也有局限性,例如需要恒温条件,模具要安装加热、保温装置,模具材料要求严格;在高温下进行超塑性模锻应有抗氧化措施;生产率也低。超塑性模锻的锻件,材料仍然呈超细晶粒状态,其室温下的强度较高,但高温蠕变性能较差,是否还需要经过热处理,视使用要求而定。