【正文】 鉬系 或 鉬系 熱作模具鋼 4Cr3Mo3SiV、 3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、 5Cr4Mo3SiMnVAl、 5Cr4W2Mo2SiV等代替3Cr2W8V。 （ 2） 鈦合金 和 高溫合金 等溫成形用模具材料 鈦合金和高溫合金的等溫成形溫度大多在 800℃ 以上 ，由于模具工作溫度較高，要求模具材料具有較高的高溫強度、抗氧化性、抗熱疲勞性、抗蠕變性、耐磨性、沖擊韌性、淬透性以及導(dǎo)熱性能。 目前，鈦合金和高溫合金的等溫成形模具一般采用鑄造鎳基高溫合金 制造。如 IN100、 IN718等高溫合金、 MARM200、 )KC6K、 K K5，以及鉬基難熔合金 TZM等。鉬基難熔合金 TZM在高溫下極易氧化，要求在真空條件下進(jìn)行鍛造，使得鍛造工藝和裝備極為復(fù)雜，投資大，并且生產(chǎn)效率很低。 167。 等溫成形用設(shè)備 雖然等溫成形可以在通用的壓力機、擠壓機上進(jìn)行，但是，從提高生產(chǎn)效率，便于機械化、自動化生產(chǎn)的角度出發(fā)，最好使用 專用等溫成形設(shè)備 。等溫成形用設(shè)備需要滿足以下基本要求： ① 具有加熱裝置 等溫成形時，需要將模具加熱到坯料的變形溫度，因此，等溫成形用設(shè)備應(yīng)配備加熱裝置?？梢圆捎酶袘?yīng)加熱、電阻加熱等方式預(yù)熱模具。 ② 模具的固定 等溫成形設(shè)備的工作空間尺寸應(yīng)能夠可靠地安裝模具裝置，其閉合高度應(yīng)能保證很方便地更換模具裝置。為了充分發(fā)揮等溫成形工藝的近終成形的特點，應(yīng)將模具牢固地安裝在設(shè)備上，并且安裝與調(diào)整方便。對于鈦合金和高溫合金的等溫成形，由于變形溫度較高，模具夾持器以及螺釘通常采用鎳基高溫合金制造，以保證模具裝置在變形溫度下長期工作時的性能不變。 ③ 良好的熱絕緣性能 為了提高等溫成形設(shè)備的穩(wěn)定性和使用壽命，等溫成形設(shè)備的工作部分與加熱至高溫的模具之間應(yīng)具有可靠的熱絕緣性能。1. 鋁合金波導(dǎo)法蘭的等溫成形 扼流型鋁合金波導(dǎo)法蘭 (如圖 917所示 )是微波組件中不可缺少的重要聯(lián)結(jié)件，其端面具有深槽和薄筋，中心為矩形通孔，幾何形狀復(fù)雜，尺寸精度要求很高 (177。?m)，表面粗糙度為 ~?m以內(nèi)，并且要求具有良好的焊接性能。167。 由于鋁合金波導(dǎo)法蘭是標(biāo)準(zhǔn)件，需要保證零件的批量一致性，以保證互換性。采用機械加工方法生產(chǎn)鋁合金波導(dǎo)法蘭，需要車、銑、插以及鉗修等多道加工工序，不僅材料利用率低，而且不能保證產(chǎn)品的批量一致性，給微波組件的調(diào)試帶來相當(dāng)大的難度。 針對采用機械加工方法生產(chǎn)鋁合金波導(dǎo)法蘭時所存在的問題，并考慮到鋁合金波導(dǎo)法蘭幾何形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的特點，采用等溫成形工藝代替繁雜的機械加工方法，既可以保證產(chǎn)品的尺寸精度，又可以實現(xiàn)產(chǎn)品的批量一致性，提高生產(chǎn)效率，降低成本。 鋁合金波導(dǎo)法蘭等溫成形的工藝參數(shù)如表 915所示，模具結(jié)構(gòu)如圖 918所示。采用等溫成形制造的鋁合金波導(dǎo)法蘭的尺寸偏差小于 ～ ，接近于冷擠壓件的尺寸精度水平。2. 鈦合金的等溫成形 雖然鈦合金重量輕，比強度高，低溫韌性優(yōu)異，耐腐蝕性能突出，但由于鈦合金價格昂貴，因而其用途主要限于航空、航天以及化工等重要領(lǐng)域。 對于飛機以及航天器等零部件，從減輕重量的角度出發(fā)，其幾何形狀往往是非常復(fù)雜的。過去在制造航空、航天用鈦合金零件時，是將鑄錠經(jīng)鍛造后切削而成的，某些復(fù)雜零件的材料利用率僅為 5％ ~15％左右，大部分材料均因機械加共而成為廢屑。同時由于鈦合金的機械加工難度較大，加工費用和工具費用比其他材料高出 5～ 10倍。 等溫成形技術(shù)以其 終形 、 近終形 的加工特點，為飛機以及航天器等鈦合金零部件的成形提供了非常有效的手段。 例如 ?+?型的 TC4鈦合金板材，在超細(xì)晶粒 (約 3?n)，溫度為 900℃ 左右，應(yīng)變速率約為 103s1的條件下進(jìn)行單向拉伸試驗，其伸長率可達(dá) 1000％。 圖 919為采用等溫成形工藝生產(chǎn)的火箭發(fā)動機部件、飛機艙門、火箭部件、發(fā)動機葉片等零件。3. 高溫合金的等溫成形 高溫合金 主要用于制造航空渦輪發(fā)動機熱端部件和航天火箭發(fā)動機高溫部件，是現(xiàn)代航空、航天發(fā)動機必不可少的關(guān)鍵材料。在航空、航天發(fā)動機中，高溫合金在 600～ 1200℃ 溫度、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下長期工作，其工作條件非常惡劣，對材料的物理、化學(xué)以及力學(xué)性能的要求非常嚴(yán)格。所采用的高溫合金必須具有足夠高的耐熱強度、良好的塑性、抗高溫氧化和燃?xì)飧g的能力以及長期組織穩(wěn)定性。 在航空渦輪發(fā)動機上，高溫合金主要用于制造燃燒室、導(dǎo)向叫片、渦輪葉片和渦輪盤等零件；在火箭發(fā)動機上，高溫合金主要用于制造渦輪盤、燃燒室擱板等零件。 由于航空渦輪發(fā)動機和火箭發(fā)動機性能不斷提高，對渦輪盤材料的要求也越來越高。因此，制作渦輪盤合金的合金元素含量也逐漸增多，隨之而來的合金偏析加重，變形抗力增大，采用常規(guī)的冶金生產(chǎn)非常網(wǎng)難。即使是最小的渦輪零件來說，由于所采用的高溫合金屬于難變形材料，不管是鍛錘還是液壓機，都要采用重型昂貴的鍛造設(shè)備。 某些難變形高溫合金在特定的條件下具有超塑性，利用高溫合金的超塑性，可以采用等溫超塑性成形技術(shù)，加工高溫合金零件，達(dá)到滿足航空、航天發(fā)動機對高溫合金零件的需求。 普拉特 惠特尼公司 (PWA)成功地開發(fā)了帶葉片的等溫超塑性 APK1合金 (17％ Co15％ Cr5％ Mo4％ Al3 5％ ％C，余量 Ni)整體渦輪盤制造技術(shù)。主要的工藝方法是先將鑄造高溫合金在低于 ?′固溶溫度下進(jìn)行擠壓加工，獲得非常細(xì)小的晶粒，制備出超塑性材料；然后在變形溫度為 1000～1000℃ ，變形速度為 5mm/min條件下進(jìn)行等溫成形，獲得帶葉片的整體渦輪盤；將成形后的整體渦輪盤進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，可以達(dá)到渦輪盤所要求的使用性能。 圖 920為帶葉片的整體渦輪盤。 為了避免鑄造高溫合金中存在的偏析等缺陷，也可以采用高溫合金粉末進(jìn)行成形。粉末高溫合金具有以下特點： ① 粉末高溫合金顆粒細(xì)小，凝固速度較快，從而消除了合金元素的偏析，改善了高溫合金的熱加工性能； ② 粉末高溫合金的組織均勻，性能穩(wěn)定，使高溫合金材料在應(yīng)用過程中的可靠性得到大幅度提高； ③ 粉末高溫合金組織細(xì)小，可以顯著地提高合金的中、低溫強度和抗疲勞性能； ④ 粉末高溫合金在一定條件下具有超塑性效應(yīng)，采用等溫超塑性成形粉末高溫合金，可以提高材料的利用率，節(jié)約原材料。 將具有微細(xì)組織的霧化粉加工成預(yù)制坯后，在超塑性條件下進(jìn)行熱等靜壓 (HIP)成形。通過變形使粒子結(jié)合在一起，可以獲得接近于理想密度的燒結(jié)體。該方法由于可以實現(xiàn)在低溫度、低壓力條件下成形難變形材料，受到普遍關(guān)注。將通過熱等靜壓成形所得到的坯料進(jìn)行等溫成形，可以制成渦輪盤或者帶有葉片的渦輪盤。表 917給出了APK1合金粉末等溫成形件的力學(xué)性能。 熱擠壓成形也是粉末材料固化的有效方法。將通過熱擠壓高溫合金微細(xì)粉末所得到的坯料進(jìn)行超塑性鍛造，可以制成渦輪盤或者帶有葉片的渦輪盤，這種方法被稱為Gatorizing方法。該方法表明，采用 2道工序就可以得到具有所要求形狀的高溫合金渦輪盤產(chǎn)品。目前，采用等溫超塑性成形的 IN00粉末高溫合金渦輪盤已經(jīng)用在 F100發(fā)動機上。167。 展 望 等溫成形技術(shù)是通過使模具與坯料在成形過程中保持同一溫度來實現(xiàn)的，從而避免了坯料的熱量損失和表面激冷。 目前的研究結(jié)果表明，等溫成形從理論上可以制造出任何尺寸精度高、形狀復(fù)雜程度高的高質(zhì)量零件，并且使零件的后續(xù)機械加工量減少，甚至達(dá)到無切削加工，提高材料，尤其是貴重材料的利用率。通過優(yōu)化等溫變形溫度、應(yīng)變速率等工藝參數(shù)，可以對金屬的顯微組織進(jìn)行精確的控制，由此可以提高等溫成形零件特定的力學(xué)性能。 等溫成形技術(shù)對于應(yīng)變速率敏感性材料的成形有著非常好的效果。對于應(yīng)變速率敏感性材料進(jìn)行普通熱變形加工時，由于坯料的熱量損失，使應(yīng)變速率難以得到有效的控制，因而成形件的尺寸精度較差。對于小型成形件或表面積與體積比很大的帶窄筋、薄腹板的成形件，由于薄壁處的變形溫度急劇降低，使金屬的塑性流動能力降低，難以充滿模腔，并且會在金屬死區(qū)與流變區(qū)之間的界面上有出現(xiàn)裂紋的可能。 從實際生產(chǎn)的角度上看，由于等溫成形所需要的變形力較低，可以采用小功率的設(shè)備進(jìn)行成形，因而等溫成形設(shè)備的投資要低于普通熱變形加工設(shè)備。 等溫成形的主要成本在于 模具 ，尤其是鎳基高溫合金模具材料及其制造上面。但是，由于等溫成形是在靜載荷、低壓力、無交變熱應(yīng)力條件下工作的，模具的使用壽命高。在等溫條件下，流動金屬與模具之間接觸面上的散熱量比較小，使模具工作性能得到改善。 等溫成形工藝是將金屬在近超塑性區(qū)域里的流變特性配合以高于超塑性變形時的應(yīng)變速率下進(jìn)行成形的，與其他成形技術(shù)相比，能更經(jīng)濟地加工產(chǎn)品。與普通熱變形加工方法相比，等溫成形時的應(yīng)變速率比較低，這勢必會影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)率。但是，由于等溫成形加工工序少、成形件尺寸精度高、后續(xù)機械加工量減少，甚至可以達(dá)到無切削加工，由此可以彌補應(yīng)變速率低所帶來的不足。 等溫成形在提高產(chǎn)品尺寸精度、提高材料的利用率、控制金屬件組織、提高性能方面具有明顯的優(yōu)勢。隨著宇航工業(yè)的發(fā)展，等溫成形在 難變形材料 和 貴重材料以及 新型材料 的成形方面將發(fā)揮重要的作用。