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沈陽泰恒通用科技有限公司公司以“著眼軌道交通設備,開發鈦合金應用技術”為發展理念,以鈦合金貨架,鈦合金螺絲,鈦合金絲為主打產品,公司先后與中國北車集團、南車集團旗下公司建立了良好的合作關系,并在車輛輕量化、替代進口產品等方面開展了廣泛的合作。

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鈦合金精密熱成形技術在航天工業中的應用進展
發布時間:2018-12-11 15:32 來源:沈陽泰恒通用科技有限公司 閱讀:
鈦合金具有密度低、比強度高、溫度范圍寬(-269-600℃)、耐腐蝕、阻尼小、焊接性好等優點。它是航空航天飛行器輕量化、綜合性能最好的材料。它的應用水平是反映飛行器先進程度的一個重要方面,提高飛行器的綜合力學性能,降低成本是促進鈦合金在航天領域中應用的重要措施。
    
     隨著航天技術的發展,鈦合金在航天領域的應用范圍不斷擴大。鈦合金結構件也呈現出大型化、薄壁化、變厚度化、整體結構化的趨勢,進一步提高了航天器的性能和結構剛度,減輕了重量,提高了鈦合金的精度。技術將是航天制造技術的研究熱點。
    
     精密成形是指在成形后接近或滿足零件精度要求的成形技術。它以新材料、新設備、新技術、計算機輔助工藝設計等技術成果為基礎,發展了傳統的成形技術,實現了產品的高效率、高性能、低成本。鈦合金精密成形技術廣泛應用于航天領域。它的應用可以顯著提高戰斗機、航空發動機、戰略戰術導彈、運載火箭等各類航天產品的綜合性能和保證性能。分析了精密成形技術中的asting、超速成形擴散連接、精密旋壓和激光直接快速成型技術。這些技術可以實現近凈形生產,材料利用率高達70%~90%。這些技術在得到廣泛發展之前已經在航空航天領域得到重視,具有很好的應用價值。
    
     20世紀60年代,美國開始研究和應用鈦合金精密鑄造技術,在世界上處于領先地位。發展了熔模陶瓷鑄造技術、機加石墨鑄造技術和熱等靜壓技術,國外先進國家已成功開發出F-100、CFM-56、CF6-80和F-119等大型薄壁整體鈦合金鑄件。最大直徑大于1000mm,最小壁厚小于3mm,尺寸精度達到CT6-CT7級,冶金質量高。
    
     鈦合金精密鑄件廣泛用于F-22戰斗機垂直舵機作動器支座和其他關鍵軸承部件,約占其總結構重量的7.1%。目前,Ti-6Al-4V和Ti6242精密鑄件主要用于大型和復雜的發動機中間殼體風扇機架,如表1所示。
    
     我國鈦熔模鑄造技術始于20世紀60年代,是在借鑒和引進國外技術的基礎上發展起來的。經過多年的發展,鈦合金精鑄技術、搗固鑄造技術、石墨加工鑄造技術等得到了發展,鈦合金精鑄技術與離心鑄造技術相結合實現了薄壁復雜鈦合金。尺寸為900 mm,總壁厚為2.5 mm的鈦合金結構鑄件。尺寸精度達到CT6-CT8級,鑄件表面粘結層厚度減小到0.3mm,對中小型鑄件,尺寸精度達到CT6-CT7級,表面粗糙度達到R a3.2mm,壁厚最小。北京航空材料研究所成功鑄造了尺寸為630mm×300mm×130mm、最小壁厚僅為2.5mm的復雜框架結構。
    
     隨著航天裝備的升級,對大型、復雜、高精度的零件提出了更高的要求。鈦合金精密鑄造技術與先進的冶煉技術、計算機模擬技術、熱等靜壓技術、數字檢測技術相結合是今后鈦合金精密鑄造的主要發展方向。目前,我國在技術基礎、設備、過程控制、成形與變形一體化、過程仿真和數字檢測等方面存在差距??朔笮捅”趶碗s整體熔模鑄造的關鍵技術,滿足先進航天裝備發展的需要,是今后工作的重點。
    
     超塑性成形擴散鍵合(SPFDB)是一種將超塑性成形和擴散鍵合技術相結合以高精度制造大型零件的近無邊際加工方法。隨著現代航天工業的發展,經過30多年的發展、研究和驗證試驗,已進入實用階段。
    
     20世紀70年代初,洛克韋爾公司首次將超塑性成形技術應用于飛機結構件制造,導致鈦合金制造工藝的技術變革,隨后,鈦合金SPF和SPFDB技術被列為重點研究課題。歐美項目促進了鈦合金整體結構件超塑性成形在工程中的應用,產生了巨大的技術經濟效益:JSF的后襟翼和副翼、F-22后機身隔熱板等重要部件。采用鈦合金超塑性成形,整體結構擴散連接,采用SPFDB技術研制了第二代鈦合金寬弦非凸肩空心風扇葉片。每個葉片的失重率都在35%~40%之間,居世界領先水平,歐盟使用的超塑性Ti-6Al-4V合金高度計氣缸也用于Arianv火箭。國外一些導彈用鈦合金蜂窩結構的翼面也是采用SPFDB技術形成的。
    
     我國對SPFDB技術的研究始于20世紀70年代末,經過30多年的發展,SPFDB技術在我國取得了長足的進步。襟翼、鴨翼、整體板和骨盆翅片采用SPFDB技術,為滿足航天型號金屬熱防護結構的要求,航天材料與技術研究所對鈦合金波紋板的SPF技術進行了研究。成功制備了TC4鈦合金保溫瓦等熱結構元件。
    
     SPFDB技術在航天領域的應用具有兩個優點,一是滿足航天復雜幾何零件的要求,二是獲得無接頭(緊固件或鉚釘)的整體結構。真實零件、復雜結構零件和精密薄壁零件;高速超塑性成形技術的研究與開發礦石對航天工業有吸引力。
    
     采用旋壓技術制造的薄壁旋轉殼構件,解決了剛度低、顫振大、加工精度低或根本不能加工的技術問題,在航天領域具有許多優點。
    
     其徑向尺寸精度為0.05mm,表面粗糙度R A為1.6-3.2μm,壁厚差小于0.03mm。民兵洲際導彈二級固體發動機殼體采用Ti-6Al-4V鈦合金,采用強旋壓成形。為了滿足輕量化、高強度、大型航天對航天型號的要求,德國MT航空航天公司研制了直徑為19的高強度Ti-15V-3Cr合金推進系統坦克。05mm旋壓工藝已應用于歐洲阿爾法通信衛星巨型平臺,實現了衛星平臺重量的明顯減輕和有效載荷的增加。
    
     我國紡絲技術及設備的研究始于20世紀60年代初,鈦合金紡絲研究始于20世紀70年代,經過40多年的發展,已基本形成了從設備開發到工藝開發的成熟體系。國內航空航天用合金及旋壓制品,如火箭發動機殼體、葉片蓋、陀螺儀導軌蓋、內蒙皮等。發動機葉片采用Ti8Al1Mo1V高鈦合金進行熱處理,強化鈦合金旋壓成形;小氮氣采用TB2鈦合金。噴嘴紡等。
    
     西安航天動力機械廠研制出國內最大直徑的鈦合金圓筒,并成功地通過兩道通用旋壓翻邊旋壓了直徑為500m m的薄壁半圓鈦環,用于航天器m的姿態調整。ICRO電源。
    
     中國航天科技集團公司703研究所采用普通紡與強紡相結合的技術。以TC3和TC4 2鈦合金板為坯料,采用熱旋壓工藝制備了兩種鈦合金半球形(φ522m m*2.0m m)、圓柱形儲罐殼體(163m m*2.0m m*200m m杯、163m m*2.0m m*360m m和112m。
    
     近年來,隨著計算機仿真技術的發展,數值模擬已廣泛應用于金屬零件的旋壓過程分析,航天材料與技術研究所對TC4圓柱形零件進行了計算機模擬。分析了攻角、轉輪軌跡、普通紡紗道次等工藝參數對旋壓成形的影響。成功地紡制出TC4鈦合金大長徑比圓柱形件,雖然鈦合金精密旋壓技術為航天領域合金的一般旋壓提供了各種高長徑比旋壓件,但零件的工程應用以及旋壓成形的復雜性分析有待進一步加強,國內航天工業普遍采用旋壓成形技術,但大直徑薄壁整體鈦合金的熱旋壓成形技術尚未得到應用。2.25m直徑罐底、5m直徑低溫罐底甜瓜瓣成形、鈦合金和高溫合金復雜結構件成形的整體旋壓工藝尚處于探索階段。
    
     20世紀90年代以來,隨著計算機技術的飛速發展,激光直接制造技術逐漸成為制造領域的研究熱點,激光直接快速成型(LDRP)的兩種方法可以直接制造金屬零件,即選擇性L激光熔煉(SLM)技術和近凈成形(LENS)技術。國外對大型鈦合金結構的激光直接快速成形的研究主要集中在美國。AeroMet公司實現了鈦的激光直接快速成形(LDRP)的應用。從2002年到2005年,Aero-Met公司開始試制小批量的波音FA-18EF組合戰斗機用鈦合金二次承載部件,如發動機艙推力拉梁、機翼旋轉折疊接頭、機翼梁等。2002年,制定了Ti6Al4V鈦合金激光快速成型產品的航天材料標準(ASM 4999),并在同年率先實現了Ti6Al4V鈦合金二次承載的驗證和驗證。在航空航天領域,美國宇航局位于阿拉巴馬州亨茨維爾的馬歇爾航天飛行中心在2012年將選擇性激光熔化成形技術應用于制造多個航空航天發動機的復雜金屬零件。打字(LDRP)技術也經常用于修復鈦合金零件或模具。
    
     自2001年以來,我國鈦合金結構件激光直接快速成型技術的研究一直受到政府主要科技管理部門的高度重視。在航空、發動機等鈦合金結構件激光快速成型制造技術的研究、成套設備的研制和工程應用的關鍵技術等方面取得了很大進展。
    
     北京航空航天大學激光材料加工制造技術實驗室對飛機二次軸承鈦合金復雜結構件的激光快速成型工程應用技術進行了研究。連續制造了近200個TA15鈦合金角盒,并在某型飛機上進行了TA15鈦合金結構件的激光快速成型裝配評估,首次激光快速成型TA15鈦合金結構成功通過。通過對某型飛機的應用試驗,使中國成為世界上第二大掌握飛機鈦合金復雜結構件激光快速成型工程技術,實現鈦合金結構件激光快速成型應用的國家。部分飛機在美國之后。
    
     北京航空航天大學王華明主持的飛機大型復雜鈦合金整體件激光成形技術項目,研制了高性能、難加工的關鍵金屬整體件。鈦合金是目前我國飛機設備中尺寸最大、結構最復雜的一種鈦合金,已在我國大型飛機等飛機的開發和生產中獲得。突破大型鈦合金飛機主軸承結構件的激光快速成型技術,實現安裝應用,如圖1所示。
    
     與國內在航天領域的研究和應用相比,激光直接快速成型技術在我國航天領域的應用還處于起步階段,事實上,選擇性激光熔化技術可以達到高精度的加工。航天液體和固體火箭發動機難加工材料、復雜外形結構件和武器型號輕質耐熱結構件。
    
     采用激光直接快速成形技術制造航天用鈦合金整體結構件具有材料利用率高、加工余量小、周期短、靈活性高等優點。零件變形與開裂、內部質量(內部缺陷、晶粒和顯微組織)及力學性能的控制仍然是制約大型結構件激光直接快速成型技術發展和應用的技術瓶頸。Cale整體鈦合金。
    
     綜上所述,鈦合金的精密熱成形技術不斷進步,但同時也遇到了一些技術問題。大型整體鈦合金構件的工程應用范圍相對較小。然而,隨著航天工業的快速發展,鈦合金的精密熱成形技術必須進入一個新的發展階段。從鈦的觀點來看,鈦合金的精密熱成形技術必須進入一個新的發展階段,合金和精密熱成形技術的突出優點必將對未來航天工業做出更大的貢獻。合金和精密熱成形技術未來的主要發展方向是:(1)大型或超大型復雜結構(薄壁)零件的精密成形一體化、低成本和工程應用;(2)計算機模擬(仿真)技術的結合。CAD/CAM技術、數控技術和精密成形技術為航空航天新零件的成形提供了技術途徑。
    
    

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