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合金鍛造

2022/1/6 12:42:10??????點擊:


高溫合金是指以Fe、Ni、Co為基,能在600 ℃以上高溫抗氧化和抗腐蝕,并在一定應力作用下可長期工作的一類金屬材料。高溫合金既是航空發動機熱端部件、航天火箭發動機各種高溫部件的關鍵材料,又是工業燃氣輪機、能源、化工等工業部門所需的高溫耐蝕部件材料,是國民經濟不可缺少的一類重要材料。變形高溫合金是指通過鑄造-變形工藝生產的高溫合金,包括盤、板、棒、絲、帶、管等產品,該類產品廣泛用于航空、航天、能源、石化、核電等工業領域。本文從冶煉、均勻化、開坯、鍛造、殘余應力控制、探傷幾個方面綜述國內變形高溫合金全 流 程 制 備 工 藝 的 新 進 展 ,并 介 紹 GH4169G、 GH4169D、GH4065 GH4068 等新研合金 ,展望FGH4096的變形化、NGH5011的氮化、Inconel718合金的3D打印等新技術。

 

 

鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力,使其產生塑性變形以獲得具有一定力學性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法,是鍛壓 (鍛造與沖壓)的組成部分之一。通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產生的鑄態疏松等缺陷,優化微觀組織結構,同時由于保存了完整的金屬流線,鍛件的力學性能一般優于同樣材料的鑄件。相關機械中負載高、工作條件嚴峻的重要零件,除形狀較簡單的可用軋制的板材、型材或焊接件外,多采用鍛件。

 

01

變形溫度

鋼的開始再結晶溫度約為727℃℃,但普遍采用800℃作為劃分線,高于800℃C的是熱鍛;在300 ~800℃之間稱為溫鍛或半熱鍛,在室溫下進行鍛造的稱為冷鍛。用干大多數行業的鍛件都是熱鍛,溫鍛和冷鍛主要用于汽車、通用機械等霧件的鍛造,溫鍛和冷鍛可以有效的節材。

 

02

鍛造類別

上面提到,根據鍛造溫度,可以分為熱鍛、溫鍛和冷鍛。根據成形機理,鍛造可分為自由鍛、模鍛、碾環、特殊鍛造。

1)自由鍛

指用簡單的通用性工具,或在鍛造設備的上、下砧鐵之間直接對坯料施加外力,使坯料產生變形而獲得所需的幾何形狀及內部質量的鍛件的加工方法。采用自由鍛方法生產的鍛件稱為自由鍛件。 自由鍛都是以牛產批最不大的鍛件為主采用鍛錘液壓機.等鍛造設備對壞料進行成形加工,獲得合格鍛件,自由鍛的基本工序包括鐓粗拔長油孔、切割、彎曲、扭轉、錯移及鍛接等。自由鍛采取的都是熱鍛方式。

2)模鍛

模鍛又分為開式模鍛和閉式模鍛。金屬坯料在具有一定形狀的鍛模膛內受壓變形而獲得鍛件模鍛一般用于生產重量不大、批量較大的零件。模鍛可分為熱模鍛、溫鍛和冷鍛。溫鍛和冷鍛是模鍛未來發展方向,也代表了鍛造技術水平的高低。

按照材料分。模鍛還可分為堅色全屬模鍋.有色全屬模鍛和粉未制品成型顧名思

義,就是材料分別是碳鋼等黑色金屬、銅鋁等有色金屬和粉末冶金材料。

擠壓應歸屬于模鍛,可以分為重金屬擠壓和輕金屬擠壓。

才式模鍛和團式鐓鍛屬于模鍛的兩種先進T藝,由干沒有邊。材料的利用率就

高。用一道工序或幾道工序就可能完成復雜鍛件的精加工。由于沒有飛邊,鍛件的受力面積就減少,所需要的荷載也減少。但是,應注意不能使坯料完全受到限制,為此要嚴格控制坯料的體積,控制鍛模的相對位置和對鍛件進行測量,努力減少鍛模的磨損。

3)碾環

碾環是指通過專用設備碾環機生產不同直徑的環形零件,也用來生產汽車輪轂、火車車輪等輪形零件。

 

4)特種鍛造

特種鍛造包括輥鍛、楔橫軋、徑向鍛造、液態模鍛等鍛造方式,這些方式都比較適用十牛產基些特殊開狀的零件.例如.輥鍛口 以作為有效的預成型藝,。大幅降低后續的成型壓力;楔橫軋可以生產鋼球、傳動軸等零件;徑向鍛造則可以生產大型的炮筒、臺階軸等鍛件。

5)鍛模

根據鍛模的運動方式,鍛造又可分為擺輾、擺旋鍛、輥鍛、楔橫軋、輾環和斜軋等方式。擺輾、擺旋鍛和輾環也可用精鍛加工。為了提高材料的利用率,輥鍛和橫軋可用作細長材料的前道工序加工。與自由鍛一樣的旋轉鍛造也是局部成型的,它的優點是與鍛件尺寸相比,鍛造力較小情況下也可實現成型。包括自由鍛在內的這種鍛造方式,加工時材料從模具面附近向自由表面擴展,因此,很難保證精度所以將鍛模的運動方向和旋鍛T序用計算機.控制,就可用較低的鍛造力獲得形狀復雜,精度高的產品例如生產品種多、尺寸大的汽輪機葉片等鍛件。

鍛造設備的模具運動與自由度是不一致的,可分為下述四種形式

限制鍛造力形式

油壓直接驅動滑塊的油壓機。

準沖程限制方式

 

油壓驅動曲柄連桿機構的油壓機。

沖程限制方式

曲柄、連桿和楔機構驅動滑塊的機械式壓力機。

能量限制方式

利用螺旋機構的螺旋和磨擦壓力機。

 

為了獲得高精度應注意防止下死點外過載,控制速度和模具位置.因為這些都會對鍛件公差、形狀精度和鍛模壽命造成影響。另外,為了保持精度,還應注意調整滑塊導軌間隙、保證剛度,調整下死點和利用補助傳動裝置等措施。

還有滑塊垂直和水平運動(用于細長件的鍛造、潤滑冷卻和高速生產的零件鍛造)方式之分,利用補償裝置可以增加其它方向的運動。上述方式不同,所需的鍛造力、工序、材料的利用率、產量、尺寸公差和潤滑冷卻方式都不一樣,這些因素也是影響自動化水平的因素。

 

(03

鍛造用材

鍛造用料主要是各種成分的碳素鋼和合金鋼,其次是鋁、鎂、銅、鈦等及其合金。

材料的原始狀態有棒料、鑄錠、金屬粉未和態全屬. 全屬在變形前的橫斷面租與變形后的橫斷面積之比稱為鍛造比。正確地選擇鍛造比、合理的加熱溫度及保溫時間、合理的始鍛溫度和終鍛溫度、合理的變形量及變形速度對提高產品質量、降低成本有很大關系。

一般的中/小型鍛件都用圓形或方形棒料作為壞料。 棒料的晶粒組織和機.械性能t勻、良好,形狀和尺寸準確,表面質量好,便于組織批量生產。只要合理控制加熱溫度和變形條件,不需要大的鍛造變形就能鍛出性能優良的鍛件。

鑄錠僅用于大型鍛件。鑄錠是鑄態組織,有較大的柱狀晶和疏松的中心。因此必須通過大的塑性變形,將柱狀晶破碎為細晶粒,將其疏松壓實,才能獲得優良的金屬組織和力學性能。

經卡制和燒結成的粉末臺金預制壞。在熱態下經無飛邊模鍛可制成粉未鍛件 鉛件

粉末接近干一般模鍛件的密度.息有良好的力學性能。并日精度高??蓽p少后續的切肖削加工。粉末鍛件內部組織均勻,沒有偏析,可用于制造小型齒輪等工件。但粉末的價格遠高于一般棒材的價格,在生產中的應用受到一定限制。

對澆注在模膜的液態金屬施加靜壓力,使基在壓力作用下凝固、結晶、流動、塑性變形和成型,就可獲得所需形狀和性能的模鍛件。液態金屬模鍛是介于壓鑄和模鍛間的成型方法,特別適用于一般模鍛難于成型的復雜薄壁件。

除(通常材料和鋁、鎂、銅.鈦等及其合全之外,鐵基高溫合全鎳基高溫合全

鈷基高溫合金的變形合金也采用鍛造或軋制方式完成,只是這些合金由于其塑性區相對較窄,所以鍛造難度會相對較大,不同材料的加熱溫度,開鍛溫度與終鍛溫度都有嚴格的要求。

 

 

04

工藝流程

不同的鍛造方法有不同的流程,其中以熱模鍛的工藝流程最長,一般順序為∶鍛坯下料→鍛坯加熱→輥鍛備坯→模鍛成型→切邊→沖孔→矯正→中間檢驗,檢驗鍛件的尺寸和表面缺陷一→鍛件熱處理.用以消除鍛造應力.改善金屬切削性能→清理,主要是去除表面氧化皮一→矯正→檢查,—般鍛件要經討外觀和硬度檢查,重要鍛件還要經過化學成分分析、力學性能、殘余應力等檢驗和無損探傷。

05

鍛件特點

與鑄件相比,金屬經過鍛造加工后能改善甚組織結構和力學件能。鑄造組織經過鍛造方法熱加工變形后由于金屬的變形和再結晶,使原來的粗大枝晶和柱狀晶粒變為晶粒較細、大小均勻的等軸再結晶組織,使鋼錠內原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實和焊合,其組織變得更加緊密,提高了金屬的塑性和力學性能。

鑄件的力學性能低干同材質的鍛件力學性能,此外,鍛造加工能保證全屬纖維組織的連續性,使鍛件的纖維組織與鍛件外形保持一致,金屬流線完整,可保證零件具有良好的力學性能與長的使用壽命采用精密模鍛、冷擠壓、溫擠壓等工藝生產的鍛件,都是鑄件所無法比擬的。

鍛件是金屬被施加壓力,通過塑性變形塑造要求的形狀或合適的壓縮力的物件。這種力量典型的通過使用鐵錘或壓力來實現.鍛件過程建造了精致的顆粒結構 并改進了金屬的物理屬性。在零部件的現實使用中,一個正確的設計能使顆粒流在主壓力的方向。鑄件是用各種鑄造方法獲得的金屬成型物件,即把冶煉好的液態金屬,用澆注、壓射、吸入或其他澆鑄方法注入預先準備好的鑄型中,冷卻后經落砂、清理和后處理等,所得到的具有一定形狀,尺寸和性能的物件。

 

高溫合金的發展歷史

高溫合金又稱熱強合金、耐熱合金或超合金它具有較高的高溫強度、斷裂力學性

能、塑性、組織穩定性良好的抗氧化性能和抗腐蝕性能優 良的抗疲勞和抗蠕變性能及高的純潔度和可靠性在英、美被稱為 “超合金”

高溫合金是根據航空噴氣發動機的需要而發展起來的一種金屬材料 它可 以在

℃的高溫氧化和燃氣腐蝕條件下承受復雜應力并且長期可靠工作。

隨著科研手段的進步不同型號的高溫合金不斷出現且研究逐漸趨向于微觀世界的研究開始人為的控制生產條件得到理想的組織。今天隨著各門科學技術手段的進步人類改造 自然的能力空前提高人們希望走出地球探索太空這就對材料提出了更高的要求特別是高溫合金的發展就成為關鍵環節。

 

 

 

 

 

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