工藝創(chuàng)新在航空材料中的作用-文庫(kù)吧
2025-01-04 22:37 本頁(yè)面
【正文】 背景可以看出，為了滿足飛機(jī)及其發(fā)動(dòng)機(jī)日新月異的需求，航空材料必須不斷創(chuàng)新，而材料創(chuàng)新的內(nèi)涵包含成分創(chuàng)新和工藝創(chuàng)新兩大部分。成分創(chuàng)新在滿足飛機(jī)及其發(fā)動(dòng)機(jī)需求方面的重要作用通常不會(huì)被人們忽視或忘卻，而工藝創(chuàng)新在滿足飛機(jī)及其發(fā)動(dòng)機(jī)需求方面的重要作用卻容易被一部分人忽視或忘卻。因此，很有必要通過(guò)下面的各種典型實(shí)例闡明工藝創(chuàng)新在航空材料發(fā)展中的顯要作用。 塑性成形工藝的典例 鈦合金高低溫交替鍛造工藝●金屬材料從鑄錠開(kāi)坯經(jīng)坯料鍛造直至最終模鍛往往要經(jīng)過(guò)很多火次，每火的加熱溫度通常是從高溫遞減至較低溫度，國(guó)內(nèi)外鈦合金傳統(tǒng)的鍛造工藝也是如此。然而，鈦合金大型鍛件及其坯料的組織經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重的不均勻，俗稱 “大花臉 ”，對(duì)力學(xué)性能不利?！窠?jīng)過(guò)研究和生產(chǎn)實(shí)踐，我們根據(jù)全程組織設(shè)計(jì)的概念，進(jìn)行了全程工藝設(shè)計(jì)，創(chuàng)立了 AHLT工藝，即從鑄錠開(kāi)坯直至最終模鍛進(jìn)行全程的統(tǒng)籌安排，其鍛前加熱溫度經(jīng)歷了 “高 — 低 — 高 — 低 ”的程序，其中 “高 ”指 β區(qū)加熱， “低 ”指 α＋ β區(qū)加熱。該工藝獲得了均勻的金相組織和優(yōu)良的綜合性能。俄羅斯和我國(guó)鈦合金盤(pán)高倍組織均勻性的對(duì)比俄羅斯鈦合金盤(pán)的高低倍組織我國(guó)鈦合金盤(pán)的高低倍組織TC11鈦合金高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子，其壓氣機(jī)盤(pán)全部采用高低溫交替鍛造工藝。該 “工藝研究 ”項(xiàng)目獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。迄今為止， TC11仍是我國(guó)軍用工業(yè)中年用量最大的一種鈦合金牌號(hào)，有力地推動(dòng)了鈦合金材料的發(fā)展。 鈦合金高溫形變強(qiáng)韌化工藝傳統(tǒng)的 α＋ β鍛造工藝雖能獲得較高的 δ、 ψ，但 KIC低，da/dN快，蠕變抗力低，這不適應(yīng)損傷容限設(shè)計(jì)和高溫零件的要求。因此，國(guó)內(nèi)外均在發(fā)展高溫形變強(qiáng)韌化工藝，花樣頗多，如近 β鍛、準(zhǔn) β鍛、亞 β鍛、 β鍛、全 β鍛等，均在不同程度上提高了 KIC和蠕變強(qiáng)度，減慢了da/dN，其 δ和 ψ雖在多數(shù)情況下有不同程度降低，但并不影響使用可靠性。這種關(guān)鍵性能上的戲劇性變化是單純依靠合金成分的改變所辦不到的。性能上的變化取決于組織上的變化，而組織又取決工藝。鈦合金不同類型的顯微組織123456 987 101112131415TA12鈦合金高壓壓氣機(jī)盤(pán)和鼓筒（采用急冷式 β模鍛工藝）百花齊放的各種高溫形變強(qiáng)韌化工藝均取得良好效果和不同程度的應(yīng)用。其中以急冷式 β模鍛工藝為主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)的 TA12鈦合金應(yīng)用研究獲部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，而近β鍛造工藝最近獲國(guó)防科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。 等溫、近等溫和超塑性加工工藝鈦合金材料發(fā)展過(guò)程遇到的較大困難是塑性加工溫度范圍狹窄，而且由于導(dǎo)熱性差（見(jiàn)表）而使坯料表面溫度冷卻很快，其變形不均勻問(wèn)題很難解決，相應(yīng)地組織性能不均勻和表面裂紋等問(wèn)題突出。三種材料的熱導(dǎo)率 W/(m ?℃ )—— 這三種工藝在定義上是有差別的，但相互聯(lián)系很緊密，就合而言之。美國(guó) GE公司采用近等溫塑性加工工藝發(fā)展 TiAl系金屬間化合物材料●等溫或近等溫塑性加工也促進(jìn)了難變形的 TiAl系金屬間化合物材料的發(fā)展●創(chuàng)新性等溫或近等溫塑性加工工藝促進(jìn)了SP700(2Mo2Fe)等新型超塑性鈦合金的發(fā)展● 一個(gè)古老的典型實(shí)例 大馬士革鋼寶刀的歷史故事早在 11世紀(jì)末到 13世紀(jì)末的 200年里，驃悍的阿拉伯騎兵那閃閃發(fā)光、鋒利無(wú)比的大馬士革寶刀曾使東征的十字軍聞風(fēng)喪膽。鍛打?qū)毜兜蔫F坯產(chǎn)于印度，能被敘利亞工匠鍛成削鐵如泥的寶刀，但運(yùn)至歐洲讓最高明的工匠鍛造時(shí)，卻脆得無(wú)法成形。這是因?yàn)楫?dāng)含碳量高達(dá) % 時(shí)，雖可顯著提高鋼的強(qiáng)度和硬度，卻因形成大量脆性的滲碳體網(wǎng)狀組織而無(wú)法鍛打刀劍。寶刀雖尚能找到，鍛造技術(shù)卻久已失傳。直到20世紀(jì) 60年代，美國(guó)斯坦福大學(xué)的兩位冶金師揭開(kāi)了大馬士革寶刀的秘密。原來(lái)高含量碳的加入雖會(huì)導(dǎo)致脆性，但也能阻止晶粒長(zhǎng)大而獲得超細(xì)晶粒（平均直徑為九個(gè)微米），從而在一定條件下使它處于超塑性狀態(tài)?，F(xiàn)在，這種新的經(jīng)過(guò)超塑性加工的鋼刀鋼剪已在美國(guó)和日本上市，人們?cè)谧约旱膹N房里就可一試大馬士革寶刀的鋒芒了。 超大變形量連續(xù)冷拉工藝●普通碳鋼的拉伸強(qiáng)度為 290～ 590MPa，但日本在 90年代將低碳鐵素體鋼經(jīng)特殊熱處理后再以 % 變形量通過(guò)金剛石模板連續(xù)冷拉成超細(xì)纖維 (1m長(zhǎng)的絲材坯料被拉成 1萬(wàn)米的纖維 )，這時(shí)它的拉伸強(qiáng)度竟高達(dá)5300MPa，同時(shí)又保留了鐵素體原來(lái)的塑性和韌性。這與組織的細(xì)化和缺陷的減少有關(guān)。冷拉超細(xì)纖維的直徑越小，強(qiáng)度越高。直徑 50?m纖維的強(qiáng)度為 4170MPa，直徑 15?m纖維的強(qiáng)度為 5300MPa?！駟卫w維冷拉效率低，近期發(fā)展的集束包套冷拉工藝可一次將上百根金屬絲坯拉制成超細(xì)纖維。包套用銅制成，具有很好的潤(rùn)滑性。拉制后用化學(xué)銑削法去除銅套，
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