《钛合金锻造讲》PPT课件

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1、钛合金锻造内容一、钛和钛合金的基本知识二、钛合金锻造三、钛合金热处理四、钛合金整体叶盘锻造五、钛合金锻造的计算机模拟一、钛和钛合金的基本知识纯钛1)高纯度钛的特性●具有同素异晶转变的特性钛在固态随着温度的改变,其原子排列的晶体结构要发生变化(组织转变)。高纯度钛的组织转变温度为882.5℃。也就是说,在882.5℃以下,是密排六方晶体的α-Ti(α相),在882.5℃以上,是体心立方晶体的β-Ti(β相)。可见,882.5℃这个温度是纯钛发生组织转变(α相β相)的温度。因之,将其称为相变点。由α-T

2、i转变β-Ti(α相转变β相),其塑性变形的能力发生了变化。为什么?因为金属塑性变形(锻造)时,首先是沿着晶体中原子排列最密的晶面和晶向优先产生滑移。为什么?因为原子密度最大的晶面原子间距小,原子结合力强,而晶面的间距增大,则晶面间结合力较弱,滑移阻力当然就小,显然易成为滑移面。而α-Ti是密排六方晶体,其原子排列最密集的晶面只有1个,即{0001}面。镁就是这种晶体结构。所以镁和镁合金不好锻,塑性很差,锻造容易产生裂纹,更没有听说镁可以冷锻。当然,变形条件改变了,如加热、大变形或高应变速率下次要滑

3、移面也可以开动。所以,镁在热态塑性不坏,很好锻。对于六方晶体而言,一个滑移面可以有3个滑移方向。所以滑移系的数目是1×3=3个。但条件变化了,如加热、大变形、高速变形,那么,次要滑移面也将产生滑移。在体心立方晶体中,主要滑移面+次要滑移面共有48个。当然,滑移容易了,也就是说塑性好了。β-Ti(相)是体心立方晶体,体心立方晶体原子排列最密的晶面有6个{110},但滑移方向只有2个,所以滑移系数目6×2=12个。由此,给我们的启示:●钛合金为什么一般不能冷变形?●又为什么发展近β锻造、β锻造?(除了发

4、挥材料性能)●为什么要严格控制钛合金终锻温度?●为什么在高速锤上变形、金属填充性能特别好(一般一锤成形)?均与α含量有关●化学性能活泼、容易氧化高纯度钛的熔点为1668℃±4℃,比铁(1539℃)、钴(1500℃)、镍(1450℃)的熔点还高。如果单从熔点来讲,似乎钛是很好的耐热材料,可是很遗憾,自二次世界大战出现低于400℃使用的TC4钛合金以来,五十年过去了,钛合金的使用温度仍然限于600℃。而将铁、钴、镍加入到钢中形成的铁基、钴基、镍基黑色高温耐热合金,其使用温度可达到900℃。那么为什么?原

5、因:高温下氧对钛的玷污速率很高控制的杂质氧含量<0.15%氧化膜基体金属的界面钛金属(如钛棒)在空气中也会氧化的,形成一层很薄的淡黄色的氧化膜,如图黄色的外圈。一般讲,技术条件控制钛金属中杂质氧含量≤0.15%(为什么?)因为氧增加一点点,塑性(ψ)大大下降。所以,当σb低时,也不要轻易放松氧含量的控制要求。对冶金厂来讲,提高强度并不难,降低海绵钛的品位就可以解决,但是氧含量,ψ。所以,冶金厂也不会随便提高氧含量。当金属钛(钛合金)在高温下加热时:●由于存在着较大的氧的梯度浓度,则给氧向基体金属扩散

6、(渗透)创造了条件,正如水由高处流向低处一样,落差越大,水的流速越快。高温下,氧很活泼,不断地向金属内部扩散。●氧在固体金属钛中比氢(H)有较大的固溶度,就是说氧在钛中比H有较大的溶解度,而且它不是置换式的固溶,而是间隙式的。只要原子之间有点间隙,它就可以钻进去,讲得明白一点,干脆叫它无孔不入。因而,又为氧向金属内部扩散创造了条件。讲到这里,你们可能会问,钛合金不要在氧化性气氛中加热,而是在还原性气氛中加热不是更好吗?回答是肯定的:不行。即使没有电炉的条件下,宁可在油炉中加热。为什么?氢对钛合金性能

7、的影响远比氧大得多,要发生氢脆。所以,技术条件控制的氢含量<0.012(简称双零控制)。●加热温度越高、时间越长,氧在金属内部扩散越厉害。氧对钛金属玷污的程度∝T·H·CM成正比Ti-679(近α合金)合金氧的玷污深度玷污深度(μm)℃900940100015min29438230min416110460min5787168120min80122206由上表可见:●加热温度越高,时间越长,玷污深度越大。●比钢锻件产生的氧化皮小得多,最大只有0.2mm可是,其危害不能小视。为什么?●导致材料表面变脆,

8、由于氧的渗透,在金属表面形成一层富氧层(TiO2)。众所周知,金属凡是与氧结合形成的氧化物,几乎都是脆性的,所以富氧层更确切的含义应该叫做富氧脆性层,实际上常说的“氧脆”就是这个意思。●形成微裂纹,使材料的热稳定性下降。什么叫热稳定性?简单地讲,金属材料(试样)或者构件在温度场,或者在温度场和应力场共同作用下,其组织和性能变化的程度。●表面稳定性那么用什么指标来衡量呢?●宏观指标,ψ在做室温拉伸时,可以测得一个断面缩率,叫ψ1。经过一定时间热暴露(在炉中加热一定时间,

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