항공 산업의 티타늄 합금 단조 공정 분석
July 24, 2023
항공 우주 산업은 중국의 국가 경제 및 과학 및 기술의 급속한 발전으로 최근 몇 년 동안, 특히 국가 "대형 항공기"프로젝트가 설립 된 후 새로운 기회를 보았습니다. 민간 항공 제조 산업은 광범위한 개발 전망과 함께 국가 경제 발전을 이끄는 새로운 경제 성장 동인이 될 것입니다. 항공기의 발전, 신뢰성 및 적용 가능성을 지속적으로 개선하고 국내에서 생산 된 항공기의 국제 시장 경쟁력을 높이기 위해 항공 우주 재료 선택에 대한 요구 사항이 점점 엄격 해지고 있습니다. 티타늄 합금은 저밀도, 고강도 및 우수한 열 및 부식 저항으로 인해 현대 항공기 구조 성분의 주요 재료가되었습니다. 그 중에서도 TC4 (TI-6AL-4V) 및 TB6 티타늄 합금 용서는 항공 우주 제조에 널리 사용됩니다.
티타늄 합금의 분류 및 단조 기술
실온 미세 구조에 기초하여, 티타늄 합금은 α 합금, α+β 합금 및 β 합금의 세 가지 유형으로 분류 될 수있다. α 및 α+β 합금의 뜨거운 가소성 및 변형 속도는 크게 영향을받지 않는 반면, β 합금은 용서가 양호하지만 저온에서 α 상수를 유발할 수 있습니다. 티타늄 합금의 단조 기술은 단조 온도와 β 형질 전환 온도 사이의 관계에 기초하여 기존의 단조 및 고온 단조로 분류 될 수있다.
2.1 티타늄 합금의 기존 단조
일반적으로 사용되는 변형 가능한 티타늄 합금은 일반적으로 종래의 단조로 알려진 β 형질 전환 온도 아래로 단조된다. (α+β) 상 영역에서 빌릿의 가열 온도에 따르면, 상부 2 상 영역 위조 및 하부 2 상 영역 위조로 더 나눌 수있다.
2.1.1 하부 2 상 영역 위조
낮은 2 상 영역 위조는 일반적으로 β 형질 전환 온도 아래 40-50 ℃에서 수행되는데, 여기서 1 차 α 및 β 상이 동시에 변형에 관여한다. 변형 온도가 낮 으면 변형에 참여하는 양이 더 많습니다. β 영역의 변형과 비교하여, β상의 재결정 공정은 하부 2 상 영역에서 유의하게 가속화되어, 원래의 β 곡물 경계뿐만 아니라 α 라멜라 사이의 β 인터레이어 내에서 새로운 β 곡물의 형성을 초래한다. 이 과정을 사용하여 생산 된 조건은 높은 강도와 우수한 연성을 나타내지 만 여전히 골절 강인성과 크리프 성능을 향상시킬 가능성이 여전히 있습니다.
2.1.2 상부 2 상 영역 위조
이 기술은 β/(α+β) 상 변환점 아래 10-15 ° C 온도에서의 초기 단조를 포함한다. 생성 된 미세 구조는 더 높은 비율의 β 형질 전환 구조를 함유하여 티타늄 합금의 크리프 저항성 및 골절 강인성을 향상시켜 소성, 강도 및 인성 사이의 균형을 맞 춥니 다.
2.2 티타늄 합금의 고온 단조
"β 단조"라고도하는 것은 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 첫 번째 유형은 β 영역으로 빌릿을 가열하고, β 영역에서 위조 공정을 시작하고 완료하는 반면, "β 단조"로 알려진 두 번째 유형은 β 영역으로 빌릿을 가열하고, β 영역에서의 포팅을 시작하는 것과 관련이 있습니다. 2 상 영역 위조와 비교하여, β 단조는 더 높은 크리프 강도, 골절 강인성 및 티타늄 합금의 피로 성능 향상을 달성 할 수있다.
2.3 티타늄 합금의 등온 다이 단조
이 기술은 재료의 초소성과 크리프 메커니즘을 활용하여 복잡한 용서를 생성합니다. 유압 프레스는 사전 결정된 압력을 가해 주면서 다이를 예열하고 760-980 ° C 범위 내에서 유지해야하며, 프레스의 작동 속도는 빌릿의 변형 저항에 따라 자동으로 조정되어야합니다. 항공기에 사용되는 많은 용서에는 얇은 벽과 높은 갈비뼈가 있어이 기술이 국내에서 생산 된 항공기 TB6 티타늄 합금에 대한 등온 정밀 다이 단조 공정과 같은 항공 우주 제조에 적합합니다.
TC4 단조 결함 및 공정 개선의 분석
3.1 TC4 단조 결함의 발생 및 분석
항공 표준에 따라 특정 공장이 TC4 단조 시험 생산을 수행했을 때, 기념의 몇 가지 성능 지표는 자격이없는 것으로 밝혀졌으며, 특히 "Notch Stress Fracture"지표는 5 시간 미만입니다. 이 문제를 해결하기 위해 분석은 TC4의 금속 구조로 시작한 다음 단조 과정의 이유를 탐구했습니다.
3.1.1 TC4의 금속 학적 특성
TC4 티타늄 합금은 TI-6AL-4V의 조성을 갖는 α+β 티타늄 합금이다. 그것의 어닐링 된 미세 구조는 α+β 상으로 구성되며, α 안정화 요소로서 6% 알루미늄을 함유하고, β상은 고체 용액 강화에 의해 강화되어, 어닐링 된 구조에서 대략 7-10%의 β 상을 초래한다.
TC4 합금에서 기본 상 α 및 β의 비율, 특성 및 형태는 열처리 및 뜨거운 작업 조건에서 상당히 다릅니다. TC4 합금의 β 형질 전환 온도는 약 1000 ℃이다. TC4를 950 ℃로 가열 한 다음 에어-냉각은 1 차 α+β 형질 전환 구조를 초래한다. 이를 1100 ° C로 가열 한 다음 에어 냉각은 widmanstätten 구조로 알려진 거친 완전히 형질 전환 된 β 상 구조로 이어집니다. 동시 가열 및 변형은보다 뚜렷한 효과가 있습니다. TC4가 β 형질 전환 온도 위로 가열되지만 작은 변형을 겪는 경우, widmanstätten 구조를 형성합니다. 이 과정에서 가소성과 충격 인성은 감소하지만 크리프 저항은 향상됩니다. 초기 변형 온도가 β 형질 전환 온도보다 높지만 충분한 변형이있는 경우 메쉬 구조를 형성합니다. 이 경우, β 그레인 경계에 의해 묘사 된 α 상이 산산이 부서지고, 라멜라 α상은 왜곡되어 더 나은 가소성, 충격 강인성 및 고온 크리프 성능을 갖는 등 가려운 세금 구조와 비슷합니다. 가열 온도가 β 형질 전환 온도 미만이고 변형이 충분하다면, 등간 구조를 초래하여 전반적인 우수한 특성, 특히 높은 가소성 및 충격 강인성을 나타냅니다. 변형에 이어 α+β 상 영역에서 고온 어닐링이 이어지면, 종합 특성이 우수한 혼합 구조가 얻어진다.
상기 금속 구조의 분석에 기초하여, TC4의 성능 감소는 단조 과정에서 두 가지 요소에 의해 야기 될 수 있다고 추론 할 수있다.
가열 온도가 너무 높아 β 형질 전환 온도에 도달하거나 초과합니다.
단조의 변형 정도는 충분하지 않습니다.
3.1.2 TC4 단조 공정 분석
단조 온도는 α+β 티타늄 합금의 β 곡물 크기 및 실온 특성에 영향을 미칩니다. 온도가 β 형질 전환 온도 이상으로 증가함에 따라, β 입자 크기는 증가하는 반면, 신장 및 단면적 수축은 감소하여 가소성이 감소한다. TC4 Forging이 좋은 포괄적 인 특성을 갖도록하려면 β 형질 전환 온도 아래에서 단조를 수행해야합니다. 티타늄 합금은 변형 저항력이 높지만 열전도율이 좋지 않습니다. 단조 동안, 심한 흐름과 무거운 망치질은 국소 과열 및 재결정 화를 일으켜 곡물 조잡하고 성능을 감소시킬 수 있습니다. 상기 분석에서, 자격이없는 TC4 단조 성능의 가능한 이유는 다음과 같이 예비 적으로 결정될 수있다.
빌릿 배치의 가열 온도는 너무 높아서 β 형질 전환점을 초과합니다.
단일 단조 충격이 너무 무겁기 때문에 과도한 변형을 일으키고 국부 과열 및 재결정이 발생합니다.
