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钛丝钛棒等航空用钛合金材料的最新生产技术工艺介绍

发布时间:2021-03-24 22:30:11 浏览次数 :

飞机工业在减少成本方面面临着持续不断的压力,行业尝试通过减少元件和材料费用以节约生产成本,以及通过减轻机身重量和降低维修频率以节约经营成本。重量和成本 这两个因素,在设计过程中既相互关联, 又相互矛盾。

为了解决高温、重量、腐蚀等问题,钛被选为航空历史上长期使用的金属。钛相对于铝或钢合金所具有的天然兼容性,使得钛合金在航空技术上的应用需求增加,但同样也增加了成本,这导致机身产业方面对钛合金性能和利用率需求方面的变革。

中扬金属结合航空用钛丝棒管材料的特点,将航空钛合金生产工艺最新技术及应用,整理如下。

1、钛合金部件的电子束自由成型加工新技术

美国宇航局一直在推动和加快在没有大规模切削造成巨大浪费的前提下,加工制造工业金属部件的国家生产加工能力,目前已经开发出电子束自由成型加工新技术(Electron Beam FreeformFabrication Process)。

电子束自由成型技术是一种金属添料加工技术,把添料加入简化的预成型模里,采用电子束,焊条料进给机构和计算机控制系统来加工制造接近净成型部件。

电子束自由成型加工技术可以在原材料、能源和切削液等资源方面有明显节省,在从设计到投产的时间上有明显节省。美国宇航局的目标是开发包括工艺操作、重新性工艺操作控制在内的新技术。这一技术加工的材料用于航空工业硬件的确认,开发航空工业结构的一体化多功能性。

电子束自由成型加工技术的工业应用包括生产替代的时效部件和先进飞机的新部件,预计在未来4~5年里使电子束自由成型加工技术在商业上得到应用。

钛丝

2、新型钛合金Timetal 54M的加工技术和性能

美国Timet公司研究开发出一种新型α+β钛合金,称为Timetal 54M (Ti-5A1-4V-0.6Mo-0.4Fe),它改进了Ti-6A1-4V整个生产成本,但仍具有Ti-6A1-4V的相关性能。据介绍,Timet公司已经通过电子束Zingle熔炼技术(electron—beam Zingle—melting),生产了相当数量的Timetal 54M 合金。目前正在评估此种钛合金在航天工业和其它领域的应用。

事先的研究已经表明,Timetal  54M 合金改进了采用硬质合金钻的钻孔加工性能, 延长了切削工具的使用寿命,或者适合于较快的切削速度。在最近一次试验里, 加工过一 种 β挤压Timetal  54M 型材用于生产Ti-6Al-4V 飞机机体部件。和传统Ti-6Al-4V 合 金 相 比,Timetal   54M 合 金更易于加工。

先进的钛焊接工艺技术开发

为生产接近净成型结构件,目前已经研究开发出Ti-6Al-4V钛合金的激光焊接工艺技术,并且确定了该技术的工艺参数来生产不同厚度的材料,和连接高质量的焊接件。为加工制造钛合金结构件,对采用这一加工技术的焊接件的广泛冶金检查和初步机械性能评估已经完毕,发现激光自动焊接连接点的机械性能非常接近母材金属的机械性能,这意能。也就是说,机械试验数据的统计变量非常低,这对于一个焊接结构性能要求苛刻的部件的有效设计是非常重要的。除了激光焊接以外,还开发出各种厚度和结构的Ti-6Al-4V钛合金的摩擦搅拌焊工艺技术。摩擦搅拌焊工艺技术是一种固态的焊接工艺技术,能够保持母材金属低倍组织的整体性,所以这一技术对抗疲劳性能要求苛刻、对损害公差要求精度高的原始航空结构件非常具有吸引力。初步机械试验数据已经显示,摩擦搅拌焊的钛合金对接接头的抗疲劳性能可以和母材金属的抗疲劳性能相比。

在开发钛合金厚板摩擦搅拌焊的初步困难是,为生产无缺陷接头对工具设计和工艺材数加以确认,最终结合这些先进焊接技术中的一种工艺技术,焊接热成型接近净成型部件,来生产航空质量、尺寸、公差合乎要求的结构件,并且使钛合金材料利用率得到极大改善。

航空TC4钛合金棒

3、钛合金热拉伸成型工艺技术开发

美国Cyril Bath公司即将开发出热拉伸成型工艺技术(HotStretch Forming Process),并用于加工采用碳纤维机身表皮的新型飞机的钛合金机身结构件。许多机身结构件要符合机身弧度的内径要求。通过把传统拉伸成型技术和热金属成型技术结合在一起,Cyril Bath公司开发出热拉伸成型技术,这一新技术可以使工程师设计在最后加工之前具有一个特定和精确半径弧度的各种钛合金结构型材。

热拉伸成型工艺技术成本有效、重现性好,可以立即满足大批量生产来加快飞机制造的速度。该技术节省材料和加工时间,对节约飞机制造成本影响巨大。另外,这一新技术加工质量稳定,可以保证交货时间和安装制造进度,还具有控制残留应力并使其最少的优势。

钛合金管

4、钛合金等离子转移电弧快速添料加工新技术

等离子转移电弧快速添料加工新技术作为添料加工的高能源焊炬,和传统的高能电束相比具有多种优势。这些优势将被讨论,并有实例来证明。

目前正在试验用于Spirit AeroSystems的Ti一6A1-4V坯料,来评价等离子转移电弧快速添料加工技术加工飞机部件的性能。除了金属结构的低成本加工之外,这一技术用来形成非常坚硬的表面层,其在功能上可以和陶瓷合金相比,这些硬表面层具有优异的抗磨和抗腐蚀性能。各种级别的复合材料也用来加工结构部件,在结构和涂层应用方面,复合材    料分级会使涂层附着力特别强,已经采用海绵钛和预合金化Al-V粉末加工成冷轧的“准”线材。采用高强度钛泡沫来生产近净成型部件,都是采用等离子转移电弧快速添料加工新技术的产品。

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