钛合金3-钛合金加工工艺分析

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钛合金零件机械加工工艺

钛合金零件机械加工工艺

钛合金零件机械加工工艺本文档将介绍钛合金零件的机械加工工艺,以帮助读者了解如何有效地进行钛合金零件的加工过程。

1. 钛合金概述钛合金是一种轻质但强度高、耐腐蚀性好的金属材料,常用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域。

钛合金具有良好的机械性能和热特性,但其机械加工相对困难,需要采用适当的工艺来实现加工目标。

2. 钛合金零件机械加工过程钛合金零件的机械加工主要包括以下几个步骤:2.1 设计和材料准备在进行钛合金零件的机械加工之前,首先需要进行设计和材料准备。

设计阶段需要考虑零件的结构和功能要求,并制定相应的加工方案。

材料准备则包括采购适当规格的钛合金材料,并进行表面处理以去除氧化层等。

2.2 切削加工钛合金零件的切削加工是最常用的机械加工方法之一。

切削加工可以通过车削、铣削、钻削等工艺来实现。

在进行切削加工时,需要选择适当的切削工具和切削参数,以确保加工质量和效率。

2.3 磨削加工钛合金零件的磨削加工一般用于提高零件的精度和表面质量。

常用的磨削加工方法包括平面磨削、外圆磨削、内孔磨削等。

在进行磨削加工时,需要选择适当的砂轮和加工参数,以实现所需的加工效果。

2.4 钻孔和攻丝钻孔和攻丝是钛合金零件常见的加工操作之一。

在进行钻孔时,需要选择适当的钻孔工具和冷却液,以确保钻孔质量和效率。

攻丝时则需要选择适当的攻丝工具和攻丝参数,以保证精度和牢固度。

2.5 表面处理钛合金零件在机械加工完成后,常需要进行表面处理以提高其耐腐蚀性和美观度。

常用的表面处理方法包括电镀、阳极氧化、喷涂涂层等。

2.6 检测和质量控制钛合金零件机械加工完成后,需要进行检测和质量控制,以确保零件符合设计要求和标准。

常用的检测方法包括尺寸测量、外观检查、金相显微镜观察等。

3. 安全注意事项在进行钛合金零件的机械加工时,需要注意以下安全事项:- 确保操作人员具备相关的机械加工知识和技能;- 使用适当的个人防护装备,如手套、护目镜等;- 操作机床和工具时,要遵循操作规程和安全操作规范;- 避免产生过多的粉尘、废料和切屑,及时清理工作区域;- 定期检查和维护机床和工具的状态,以确保其正常运行和安全性。

钛合金材料的加工制备工艺

钛合金材料的加工制备工艺

钛合金材料的加工制备工艺随着科技的飞速发展,钛合金材料的应用范围越来越广泛。

从航空航天、船舶制造到医疗器械、汽车零部件,钛合金材料都有着广泛的应用。

然而,钛合金材料的加工与制备一直是一个难点,因为钛合金材料自身特性,一旦加工不当,容易导致材料破损,加工难度不小。

本文将从钛合金材料的特性、加工方法以及制备工艺等方面阐述钛合金材料的加工制备工艺。

一、钛合金材料的特性钛合金材料是一种轻量化高强度材料。

相比较于传统的钢材,钛合金材料的密度只有钢材的一半左右,而其强度却可以达到钢材的两倍以上。

因此,钛合金材料被广泛应用于航空航天、医疗器械以及汽车零部件等领域。

钛合金材料具有优异的耐腐蚀性,热膨胀系数小,抗疲劳强度高以及良好的生物相容性,这些特性使得钛合金材料成为各个领域中不可或缺的出色材料。

然而,由于钛合金材料的稳定化能力较差,其在高温高压下会出现氧化失稳的问题,导致加工困难。

另外,钛合金材料不耐磨、不耐热以及易于形变等特性也给其加工制备带来了一定的挑战。

二、钛合金材料的加工方法钛合金材料的加工方法主要包括热加工和冷加工两种方法。

热加工指的是在高温下对钛合金材料进行加工,通常采用的方法是锻造和粉末冶金。

锻造通过热加工的方式使得钛合金材料的组织变得致密,同时提高其塑性和韧性。

锻造方法可以分为等温锻造、非等温锻造以及等离子锻造等。

而粉末冶金的方法则是将钛合金材料的粉末加热后在高压下进行压制。

这种方法可以有效地保持钛合金材料的组织结构,同时还可以大大提高其抗腐蚀性和力学性能。

冷加工指的是在常温下对钛合金材料进行加工,通常采用的方法有剪切、压缩、拉伸等。

这种加工方法对钛合金材料的性质影响比较小,但是制备难度相对较大,需要借助一定的加工设备和工艺进行实现。

三、钛合金材料的制备工艺钛合金材料的制备工艺主要分为粉末冶金、铸造、化学气相沉积和喷雾沉积等几种方法。

粉末冶金是一种将钛合金材料的粉末进行混合后加热压制的方法。

这种方法可以制备出具有良好力学性能和抗腐蚀性能的钛合金材料。

钛及钛合金新工艺、新技术、新用途介绍

钛及钛合金新工艺、新技术、新用途介绍

(4)材料 制备及加工过程 的计算机 模拟技术 。
法、Armstrong法和 EMR法等 ;②钛的氧化物的氧化还原法,
近净成 型技术 包括激 光成型 、精 密铸造 、精 密模 锻 、粉末 冶
如 OS法、PRP工艺 、MHR法等 ;③钛酸盐的氧化还原法。
金 、喷射成 型等方法 。粉末 冶金法是利 用钛粉或钛 合金粉作为 原
难 以提取 ,所 以钛也是 一种稀有金 属。目前来说钛 的制备一 共分 3_1 钛合 金的制备方法
为 两大类 :热还原法和 熔盐 电解 法 。
钛 合金 传统 的加 工一 般采 用熔 炼和 铸造 技 术 ,最 新的加 工
(1)热还原法 制备钛
技术分 为以下几 种 :
热还原 法是 在一定温 度下 ,利 用 Li、Na、M g、Ca及 其氢化
(1)近净成型技术 :
物等强 还 原剂 ,把钛 从钛 的化合 物如 TiC1 、TiO 、K2TiF6等 中
(2)线 摩擦焊接技 术 ;
还原 出来。根据钛 化合物 的不 同 ,可将热还原 法制备钛 的技术分
(3)超 塑性成 型技术 ;
为三大 类 :①钛的氯化物的氧化还原法,如Kroll法、Hunter
法 ;③钛的氧化物的电解法,包括有FFC剑桥法、MER工艺 、
USTB法 、QIT工艺 、SOM 法 和离子液体 电解法等 。
1-2 钛合金简介
钛合 金和 钛 在某 种程 度上 性质 类似 ,具有 密 度小 强度 高的 2.2 钛的新用途
特点 ,此 外其 机械性能 十分优 异 ,抗腐蚀 能力较 强 。而 且其热强
末 ,经放 电活化 、热 塑变形和 冷却 完成制取 高性能 钛材料 。然后

钛合金特性及加工方法

钛合金特性及加工方法

钛合金特性及加工方法钛合金以其强度高、机械性能及抗蚀性良好而成为飞机及发动机理想的制造材料,但由于其切削加工性差,长期以来在很大程度上制约了它的应用。

随着加工工艺技术的发展,近年来,钛合金已广泛应用于飞机发动机的压气机段、发动机罩、排气装置等零件的制造以及飞机的大梁隔框等结构框架件的制造。

我公司某新型航空发动机的钛合金零件约占零件总数的11%。

本文是在该新机试制过程中积累的对钛合金材料切削特性以及在不同加工方法下表现出的具体特点的认识及所应采取工艺措施的经验总结。

1 钛合金的切削加工性及普遍原则钛合金按金属组织分为a相、b相、a+b相,分别以TA,TB,TC表示其牌号和类型。

我公司某新型发动机所用材料为TA,TC两种。

一般铸、锻件采用TA系列,棒料用TC系列。

特点及切削加工性钛合金相对一般合金钢具有以下优点:比强变高:钛合金密度只有4.5g/cm3,比铁小得多,而其强度与普通碳钢相近。

机械性能好:钛合金熔点为1660℃,比铁高,具有较高的热强度,可在550℃以下工作,同时在低温下通常显示出较好的韧性。

抗蚀性好:在550℃以下钛合金表面易形成致密的氧化膜,故不容易被进一步氧化,对大气、海水、蒸汽以及一些酸、碱、盐介质均有较高的抗蚀能力。

另一方面,钛合金的切削加工性比较差。

主要原因为:导热性差,致使切削温度很高,降低了刀具耐用度。

600℃以上温度时,表面形成氧化硬层,对刀具有强烈的磨损作用。

塑性低、硬度高,使剪切角增大,切屑与前刀面接触长度很小,前刀面上应力很大,刀刃易发生破损。

弹性模量低,弹性变形大,接近后刀面处工件表面回弹量大,所以已加工表面与后刀面的接触面积大,磨损严重。

钛合金切削过程中的这些特点使其加工变得十分困难,导致加工效率低,刀具消耗大。

切削加工的普遍原则根据钛合金的性质和切削过程中的特点,加工时应考虑以下几个方面:尽可能使用硬质合金刀具,如钨钴类硬质合金与钛合金化学亲和力小、导热性好、强度也较高。

钛合金材料的加工工艺研究

钛合金材料的加工工艺研究

钛合金材料的加工工艺研究随着现代工业技术的不断发展,钛合金材料作为一种高性能的金属材料,被广泛应用于航空、航天、汽车、医疗等多个领域。

但是,钛合金的加工难度很大,其强度高、韧性低、易氧化、易热裂和易热变形等特点,使其加工困难度增加,因此钛合金产品的加工工艺研究一直是业内人士关注的热点之一。

一、钛合金材料的性质钛合金材料具有许多优异的特性,包括高比强度、高比刚度、低密度、优良的抗氧化性能、高抗腐蚀性能和优异的生物相容性等。

但是,其加工性能受到限制,如加工难度大,热变形严重,切削力大,容易产生裂纹和变形等。

二、钛合金材料加工工艺1. 机械加工机械加工是一种常用的加工方法,主要包括车削、铣削、钻孔、磨削、抛光等。

然而,机械加工钛合金材料的难度较大,需要使用更硬的切削工具和更高质量的冷却液,减小切削量,而且加工过程要遵循一定的顺序,减少残余应力的影响。

2. 化学加工化学加工是应用化学反应的原理,对钛合金表面进行化学反应,制备出所需要的形态。

常见的化学加工方法有电解氧化、化学镀锌、化学镀铬、化学雾化等。

这种加工方法被广泛应用于消费品和贵金属制品制造领域,可以获得高度均一的表面,提高产品的质量和精度。

3. 热加工钛合金材料的高温强度较高,热加工主要包括热挤压和热轧制等。

热挤压是通过消除材料粗大组织和制造均匀组织来改善钛合金的可塑性。

热轧制是将钛合金材料加热到高温,并通过压制来改善其性质。

这种加工方法可用于生产大尺寸的钛合金板材,用于航空、航天、船舶、化工等领域的制造。

4. 焊接加工钛合金材料的焊接难度大,主要是其焊接接头易产生孔洞和裂纹。

常见可控气体(TPA)、等离子焊接(PAW)、电弧等离子焊接(PAPC)、电弧熔化钨惰性气体(GTAW)等。

其中TPA具有高低速、热能控制、适用于龙骨和复杂形状的零件焊接等特点,是钛合金材料实现自动化焊接的主要途径之一。

三、钛合金材料加工中需要注意的问题1. 刀具选择钛合金材料钻孔时,应选择尖角为150度或135度,称为通用钻头。

简述钛合金材料的机械加工工艺

简述钛合金材料的机械加工工艺

简述钛合金材料的机械加工工艺【摘要】钛合金材料具有抗蚀性能好、力学性能佳、强度高、质量轻等优点,因此被广泛应用,但钛合金材料也具有硬度高、塑性低、导热系数低、弹性模量低等缺点,所以钛合金材料的切削加工性能较差。

为此,本文就钛合金材料的机械加工工艺进行介绍。

【关键词】钛合金材料机械加工切削加工1 引言钛合金材料具有诸多优缺点,而其缺点包括硬度高、塑性低、导热系数低、弹性变形大、弹性模量低等。

因此,钛合金加工过程,导热系数小定会使材料的切削温度过高;比热小定会使材料的局部温升过快,进而降低刀具的使用寿命;弹性模量低定会加剧材料表面的加工回弹,进而导致刀具磨损或者崩刃;高温环境里,化学活性强定会加剧其与氮、氢、氧间的化学作用,进而增加机械加工的难度。

此外,钛合金加工过程,切削条件、刀具材料、切削加工时间均会对切削加工的综合效率造成影响,因此钛合金材料切削加工过程,必须对相关方面进行严格控制。

2 钛合金材料的机械加工工艺钛合金材料的机械加工工艺种类繁多,比如电火花加工、铣削、车削、磨削、钻削、攻丝等。

钛合金材料的机械加工过程,刀具材料、切削液、加工工艺参数、刀具几何参数均属重要的影响因素,因此必须予以高度重视。

(1)切削液。

钛合金材料的切削加工过程,切削液的使用既能降低刀刃的热量,也能冲走切屑,进而实现切削力的降低,可见切削液的使用必须合理,如此方能实现零件加工表面质量以及生产效率的改善。

目前,常用的切削液包括非水溶性油质溶液、水基可溶性油质溶液、水或碱性水溶液三种。

(2)刀具材料。

由前文可知,钛合金材料具有硬度高、塑性低、导热系数低的缺点,因此加工过程势必表现出切削温度高、切削力度大的特点,进而加剧刀具的磨损以及降低刀具的使用寿命,可见所选刀具材料必须具有耐磨性高、硬性强的特点。

目前,常用的刀具材料包括高速钢牌号、硬质合金牌号、涂层刀具(抗粘结性能强、抗氧化性能强、耐磨性好等)、立方氮化硼刀具(热硬性高、硬度高等)、聚晶金刚石刀具(硬度高、耐磨性高、导热性高、摩擦系数低等)五种。

钛合金加工工艺

钛合金加工工艺

钛合金加工工艺
钛合金是一种具有优异机械性能和抗腐蚀性能的新型材料,成为了航空、航天、船舶、生物医学等领域中非常重要的结构材料。

本文将介绍钛合金的加工工艺。

一、钛合金的切削加工
钛合金的切削加工是目前钛合金加工中最为常见的一种方法。

钛合金的加工难度主要在于它的高强度和难加工性。

钛合金在切削过程中,容易附着在刀具上,形成大量热量,导致刀具磨损严重。

因此,钛合金的切削必须选用硬质合金刀具,并注意掌握合理的加工速度和切削深度等参数。

二、钛合金的冲压加工
钛合金的冲压加工主要包括剪切、弯曲和深冲。

在冲压加工中,钛合金材料具有优异的塑性,因此冲压加工可以做出各种形状的钛合金部件。

在冲压钛合金时,要注意铣削过程中的火花可能引起钛合金粉尘爆炸的危险,因此需要在加工场地设置防爆设备。

三、钛合金的拉伸加工
钛合金的拉伸加工是指利用钛合金材料的塑性形变,来使得钛合金材料变为带有特定形状的工件。

拉伸加工时,必须选择适宜的冷加工方法,如冷挤压、镦锻、卷曲等。

此外,拉伸加工还需要配合热处理,以保证钛合金的性能优良。

四、钛合金的焊接加工
钛合金的焊接加工是比较困难的工艺。

常用的钛合金焊接方法包括手工气焊、手工电弧焊、氩弧焊、电子束焊、激光焊等。

应用不同的焊接方法可以获得不同的焊接质量。

在焊接加工过程中,应注意预加热以及所有焊接接头的准备和清洁。

综上所述,钛合金的加工工艺是比较复杂的。

在加工过程中需要注意掌握加工参数以及选择适合的加工工具。

同时,还需要设置防爆设备以及进行预加热和热处理等措施,以保证钛合金材料的加工质量和性能。

钛合金加工

钛合金加工

钛合金加工钛合金加工是一种高级金属加工工艺,用于将钛合金材料加工成各种形状和尺寸的零件或产品。

钛合金具有优异的力学性能、耐腐蚀性能和高温性能,因此广泛应用于航空航天、船舶制造、化工、医疗器械等领域。

本文将介绍钛合金加工的工艺流程、常见的加工方法和注意事项。

一、钛合金加工的工艺流程1. 材料准备:选择合适的钛合金材料,包括纯钛和钛合金。

钛合金的成分可以根据具体需求进行调整,以满足不同的性能要求。

2. 材料切割:将钛合金材料切割成所需的形状和尺寸。

常用的切割方法包括锯切、激光切割和水刀切割等。

3. 热处理:对切割后的材料进行热处理,以提高材料的硬度和耐磨性。

热处理过程包括加热、保温和冷却等步骤。

4. 成型加工:将热处理后的材料进行成型加工,包括冷冲压、热冲压、挤压和锻造等。

这些工艺可以将钛合金材料加工成各种复杂的形状和结构。

5. CNC加工:采用计算机数控(CNC)加工技术对钛合金进行精密加工。

这种加工方法可以实现高精度、高效率的加工,适用于制作钛合金零件的高要求。

6. 表面处理:对加工完成的钛合金零件进行表面处理,以提高其装饰性和耐腐蚀性。

常用的表面处理方法包括阳极氧化、喷砂和化学镀等。

7. 装配和检测:将加工和处理完毕的钛合金零件进行装配,并进行质量检测。

这些检测方法包括外观检查、物理性能测试和化学成分分析等。

二、常见的钛合金加工方法1. 机械加工:包括车削、铣削、钻孔和车床加工等。

这些方法适用于加工大尺寸和复杂形状的钛合金零件。

2. 焊接:钛合金的焊接方法包括电弧焊、气体保护焊和激光焊等。

在焊接过程中,需要注意保护气氛和控制焊接温度,以确保焊接质量。

3. 粉末冶金:将钛合金粉末制成复杂形状的零件。

这种方法可以实现高精度、高效率的生产,适用于批量生产钛合金零件。

4. 热等静压:将钛合金粉末经过高温和高压的作用,使其烧结成密实的零件。

这种方法可以得到高致密度、高强度的钛合金零件。

5. 化学加工:例如化学刻蚀、电解抛光和化学蚀刻等方法,用于对钛合金零件进行表面清洁和加工处理。

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钛合金的加工工艺钛合金有着与钛金属类似的大气高温污染(吸收氢氧氮)、强度高导致的刀具寿命短、导热性差导致的粘刀等等一系列麻烦。

此外,热加工带来的金属相不均匀,晶粒粗大,残余应力,等等,也是钛合金热加工的难题。

因此,工业纯钛和钛合金基材,在国际上基本是自由贸易(这与高性能碳纤维复合材料的禁运有很大的差异。

详情见拙文《浅析碳纤维复合材料在航空航天领域的应用/s/blog_56c70d4b010165l9.html》)然而,买得起未必用得起,正是加工工艺的复杂,将绝大多数国家挡在了钛合金应用的门外。

下面,我们来看***钛合金加工工艺的情况。

一、下料切割工艺钛合金制件之前,先要将大块钛合金进行初步切割,做下料准备。

钛合金的切割,不像一般金属,很难用火焰方法进行,否则高温污染会导致材料脆化。

因此多用等离子切割、激光切割、铣切来进行。

但是这些方法,要么是材料容易产生热应力离散变形(如激光切割)、或者成本太高无法满足大量生产(如离子束切割),要么是残料率高(如铣切)。

因此,人们想出了另一种常温切割方式:高压水切割。

水切割,就是水刀,呵呵。

以前咱听说水滴石穿,那可要万年功夫。

这次是水切钛断,立等可取啊。

中国航空报载,沈飞公司工艺研究所的首席专家蒲永伟,对水切割技术有深厚积累,潜心研究此项技术的钛切割应用,获得成功,顺利实施了40~100毫米厚的钛合金板材切割。

由于是常温操作,切割质量好,且其效率是常规切割方法的50倍以上,材料费大大节约。

至今,钛合金的水切割方式,在国内的应用已经接近10年。

二、铸造工艺铸件加工,需要熔化钛合金进行浇注。

同样,由于钛合金的化学活性,熔化的液态钛合金,几乎与所有的耐火材料起反应。

因此其熔化和浇注必须在惰性气体(如氩气)保护或者真空环境下进行。

国内应用方面:中国船舶新闻网报道,中国在消化吸收国外先进技术的基础上,掌握和发展了金属型、捣实型、机加工石墨型,以及氧化物面层陶瓷型壳等钛合金铸造技术,可以生产最大直径达150 0毫米X400毫米,最小壁厚为0.8毫米,单重达到近800千克的整体钛合金铸件,每年铸造钛合金用量达5000吨,具备了钛及钛合金精密铸件的基本生产技术。

根据热加工论坛的报道:我国航天用铸造钛合金的应用始于20世纪80 年代中期,现已有ZTi3,ZTiAl4,ZTiAl5Sn2. 5,ZTiAl6V4,ZTiAl6Zr2MoV等品牌(品牌的第一个字母Z,代表铸造)。

2001年,由北航、华中理工研制的ZTC4 钛合金(即对TC4进行铸造加工后的合金件),利用热等静压和熔模精密铸造成型技术,研制了某型飞机用钛合金精铸件。

该铸件外型尺寸为6 30mm ×300mm ×130mm ,最小壁厚2. 5mm ,为复杂的框形结构。

中科院金属研究所网站报道:2011年5月,沈阳向中国科学院金属研究所研发的钛铝母合金制备技术,通过了英国罗罗公司(Rolls-Royce)的质量审核。

2013年4月17日,罗罗航空发动机公司在沈阳,正式向该所颁发了钛铝涡轮叶片精密铸造技术质量认证证书。

中国的铸造钛合金技术,是如何吸收国外先进技术以及如何应用的。

大家从上文中,见仁见智吧,呵呵。

三焊接工艺钛合金的焊接工艺包括熔化焊、扩散焊和紧固焊三大类数十种,应用最多的是熔化焊。

这类工艺,又包括了电子束焊接、等离子弧焊接、TIG焊、MIG焊、激光焊、摩擦焊等十几种,技术发展迅速,创新工艺不断涌现,是焊接工艺的主力军和先锋队。

咱们多费些笔墨,稍加详叙。

并请大家记住一个名字:中航工业制造所——中国高能束流加工领域的先行者。

钛合金焊接,有优势也有劣势。

优势在于合金密度小,导热慢,热膨胀系数低,因此焊缝变形极小,焊道均匀,热感应裂纹几乎不存在。

劣势在于,钛合金的焊接,不适合采用传统意义上的乙炔焊、金属电弧焊和碳弧焊。

原因还是在于大气的高温污染。

判断钛合金焊接是否受到大气杂质的污染,手段之一是观察焊缝的颜色。

一般的,如果焊缝是银白色或金黄色,恭喜你!这都是上佳的焊接。

如果是紫色或者蓝色,点点头,也是合格的。

如果是蓝白色、白色、暗灰、白色、黄白色,则证明受到了大气污染,焊缝变脆,延展性差。

因此,钛合金焊接中,必须隔开大气与熔池。

一般采用的办法有两类:方法一:惰性气体保护焊TIG焊。

采用氩气(纯度应≥99.99%)。

等惰性气体,让其流过焊枪,对电极和熔池进行保护。

比如钛合金等离子TIG焊。

方法二:真空焊接。

在真空中进行焊接,完全防止大气高温污染。

如电子束真空焊。

比如F22的后机身前后梁,就采用了热等静压钛合金铸件的真空电子束焊接结构。

此外,钛合金焊接,还有一整套繁复多样的工艺规则,规矩真是大了去了。

比如:焊前先对制件及焊丝进行酸洗,焊工应佩戴洁净的白细纱布手套(严禁佩戴棉线手套)。

焊接工作尽可能在室内进行,环境风速应≤0.5m/s,避免受穿堂风影响。

焊接后真空炉退火消除残余应力,经处理的焊区严禁用手触摸和接触铁制物品。

还有焊接坡口、焊流角等等,等等。

国内使用方面:关于钛合金的先进焊接工艺,要从歼11生产线引进说起。

北京航空制造工程研究所王亚军的文章指出,中国的歼11生产线广泛采用了电子束钎焊、扩散焊、激光焊、真空钎焊、等离子弧焊及凸焊等工艺。

其机体的焊接零件近万,部件近千,甚至主承力结构都采用焊接技术。

如起落架的电子束焊,钛合金隔框和梁的潜弧焊,油箱钛合金下壁板和进气道防护隔栅采用穿透焊,后机身的钛合金蒙皮壁板采用TIG焊和点、缝焊,铝合金、不锈钢、钛合金导管采用TIG焊、感应钎焊。

SU27/歼11生产线引进和建设的副产品之一,就是震动了数十年铆接工艺无处不在的中国金属工艺界,确立了中国航空工业现代焊接技术体系,开创性了中国对先进焊接工艺的大规模研发和使用先河。

以此为起点,中国逐步掌握了EBW、IFW、VB、自动氩弧焊、轨迹氩弧焊和弧焊机器人、SPF/DB、PAW及低应力无变形焊接技术,大大促进了钛合金焊接工艺的跨越式发展。

根据中国航空新闻网、中国航空报、新华网等报道:承力结构焊接:2011年7月,中航工业制造所消除了大厚度截面深熔电子束焊缝气孔、空洞、未熔合及根部钉尖等焊接缺陷,形成了大型复杂结构低应力、小变形电子束焊接制造关键技术,实现了电子束焊接接头综合性能与母材水平相当。

同时利用该技术,对某型钛合金60mm厚截面电子束焊缝进行质量控制,在国内首次成功实现大厚度T损伤容限型钛合金承力框结构的电子束焊接制造2012年3月,中航工业制造所向中航工业成飞交付电子束焊接设备及钛合金大型构件焊接工艺的仪式在成飞举行。

中航工业制造所设计制造的65立方米高压电子束焊机,可完成最大达4米×2米范围内任何焊缝的焊接,是目前我国最大的高压电子束焊接设备。

最大焊接厚度可达105毫米;在大厚度焊缝成形、缺陷控制以及焊接变形抑制方面取得突破性进展,焊后零件整体精度控制在1.0毫米以内,焊缝成形和接头质量均满足相关要求。

高温粉末合金焊接以上是钛合金结构件的焊接技术,如果粉末高温合金的焊接,就要用到线性磨擦焊(LFW)的工艺。

LFW工艺的效率高,质量好,焊缝区组织极细,焊接接头的静、动载力学性能达到甚至超过母材的水平,目前已用作航空发动机整体叶盘的生产工艺。

欧洲战斗机“台风”发动机的3级低压压气机整体叶盘、美国第四代战斗机F-22和F-35发动机上整体叶盘,都是采用线性摩擦焊的顶级应用国内应用方面中国航空新闻网报道:2003年4月,中航工业制造所开始了20吨线性摩擦焊试验设备的自主研发。

2006年8月,该所成功实现了第一件线性摩擦焊试件的焊接;2007年12月,该所成功实现国内第一件碳钢材料压气机整体叶盘模拟件焊接;2008年2月,该所成功实现国内第一件钛合金材料压气机整体叶盘模拟件焊接;2009年9月,该所成功实现国内第一件不锈钢材料风扇一级整体叶盘1:2缩比模拟件焊接从上面披露的信息看,中航工业制造所的LWF工艺,在2009年前局限于“模拟件”焊接,尚未走出工艺实验室进入型号流水线的正式生产。

相信他们近几年已经取得了新的进展,军迷们望穿秋水,静候佳音。

零件级和蒙皮类、型腔类及壁板类结构的对接拼焊这就要用到激光焊接激光焊接的能量密度高达106W/cm2以上,焊接速度快、对母材热损伤小,采用柔性光纤传输的1.06μm的Nd:YAG激光,配以可灵活操作的机械手,可以实现空间曲线焊缝的自动焊接。

在欧美等国在上世纪80年代末至90年代初,主要将激光焊接用于零件级和蒙皮类、型腔类及壁板类结构的对接拼焊。

进入21世纪,双光束激光焊接技术采用两束激光对壁板结构T型接头两侧同步施焊,完成蒙皮与加强筋之间的连接,使焊接技术成功地实现了从零件级到部件级,甚至部件间连接的质的跨越。

国内应用方面:中国航空报报道:1995年,在关桥院士的积极呼吁下,我国依托中航工业制造所,建立了高能束流加工技术重点实验室。

该所高能束流加工技术重点实验室,先后建立了10kW光纤激光和3kW YAG激光以及4kW CO2激光焊接系统,以整体化焊接的钛合金、铝合金蒙皮类、型腔类及壁板类结构为研究对象,成功地将活性剂激光焊接技术应用于飞机钛合金蒙皮类和型腔类结构的对接拼焊。

双光束激光焊接技术研究也获得重大突破,并应用于飞机钛合金壁板类结构蒙皮与加强筋之间的整体化焊接。

(见下图:注意川崎重工的激光器机器人)图1:钛合金双向加筋壁板结构双光束焊接此外,中国百科网2013年报道,中国已将钛合金高纯净激光熔敷焊技术已经成功应用于航空发动机部件的再制造上,目前已修复某进口发动机中介机匣数个,防冰壳体和杯形件数百个。

四、锻造工艺金属加工行业有一句俗话,叫铸不如锻,是说铸造的零件形状比锻造复杂,但是铸件的机械强度性能逊于锻件。

航空武器装备中的重要承力构件都是由锻件制成的,如飞机机体的承力框、梁、接头、起落架,发动机的盘、轴、机匣壳体、叶片等。

其中,大型锻件用于制造大型构件,属于机身结构中的关键件。

这其中,当然少不了钛合金的身影:美国波音747~787、A 320~380的钛合金起落架,F-16飞机钛合金机身隔框,D-10飞机的后支承环,915发动机机座,苏27~33飞机钛合金大型结构件,GT25000舰用燃气轮机直径1.2米涡轮盘等都是在大型模锻水压机上模锻成形的。

国内应用方面:钛合金锻件,特别是大型模锻件及其坯料的金相组织很不均匀,是业内长期未能解决的难题。

中国高温钛合金的鼻祖曹春晓院士,根据钛合金热变形过程中再结晶和相变交叉进行的原理,产生了通过热变形温度的交替变换(高—低—高—低)获得细小均匀的新β晶粒的新思路,利用特定的相变模式优化了β转变组织形态,从而创立了高低温交替热变形技术和BRCT工艺。

与传统的α+β热处理工艺、β热处理工艺相比,其热处理工艺在保持原有强度、刚性的情况下,提高断裂韧性50%以上,降低疲劳裂纹扩展速率一个数量级,提高使用温度20℃左右,可获高得多的疲劳强度和拉伸塑性。

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