Tikslaus valdymo menas: izoterminis kalimas ir turbinų menčių kokybės užtikrinimas
Dėl riboto TiAl lydinio termoplastiškumo jį reikia kalti aukštoje temperatūroje ir labai mažu tempimo greičiu. Izoterminė kalimo įranga gali užtikrinti santykinai izoterminę aplinką ir lėtą deformacijos greitį. Įprastas TiAl ašmenų kalimo procesas yra toks: liejamas ruošinys arba ekstruzinis strypas iš dalies kaliamas į kalimo ruošinį, o po to toliau paruošiamas pirminiam kalimui, o ašmenys paruošiami iš anksto kalimo ir galutinio kalimo būdu. Tokiu būdu vokiškas Rolls-Royce BR715 HPC peilis yra pagamintas 3-pakopinio izoterminio kalimo būdu, o galutinė dalis paruošiama termiškai apdorojant ir apdirbant (1 pav.).
1 pav. Ašmenų kalimo žingsniai (a) ir apdirbti peiliai (b)
Ašmenys, pavaizduoti Fig. 2 yra Ti45AL8NB0.65 (B, C) kompresoriaus mentės, pagamintos Thyssen Company, skirtos Rolls Royce, naudodamos Fig. 2a, kurie turi puikų atsparumą aukštai temperatūrai. 2016 metais MTU paskelbė, kad kaltinė TNM žemo slėgio turbinos mentė buvo pritaikyta A320 lėktuvo PW1100G-JM varikliui ir jis baigė pirmąjį skrydį. Kaltiniai TiAl lydinio peiliai turi puikias taikymo perspektyvas, o nuo 2015 m. PW1100G varikliams buvo surinkta 10,{13}} kaltinių TNM lydinio peilių. TNM lydinys pasižymi geromis karšto apdirbimo savybėmis, o ideali mikrostruktūra ir visapusiškos mechaninės savybės gaunamos liejant ruošinį du kartus ir vėliau termiškai apdorojant.
2 pav. Ti45Al8Nb0.5(B,C) peiliai, pagaminti Thyssen Rolls-Royce
Siekiant padidinti gamybos efektyvumą, ekstruzijos trumpo strypo ruošinys buvo kaltas tiesiai į Ti-45Al-5Nb-0.2B-0.2C(TNB-V4) bandomojo variklio Rolls-Royce E3E lydinio HPC mentės. Siekiant dar labiau padidinti išeigą ir padaryti jį ekonomiškesnį, buvo sukurtas štampelis, skirtas vienu metu kalti kelioms menčių detalėms (ypač mažesnėms kompresoriaus mentėms). Molibdeno diske, kurio skersmuo Φ600 mm, buvo apdirbta 30 identiškų ertmių. Už preso ribų apatinis štampas apkraunamas ruošinių dalimis, o visas štampas ir ruošinys dedami į preso kamerą ir pašildomi iki kalimo temperatūros izoterminiam kalimui. Šiuo metodu vienu metu galima nukalti 30 peilių (3 pav.).
3 pav. Štampas su keliomis iš anksto kaltomis dalimis (a) ir ašmenimis po kalimo (b)
Nors izoterminis kalimas gali veiksmingai išspręsti sudėtingo TiAl ašmenų formavimo problemą, nes forma ir kalimas kaitinami iki 1150 laipsnių, siekiant išvengti dalių temperatūros praradimo ilgalaikio kalimo proceso metu, forma yra pagaminta iš molibdeno lydinio. su dideliu atsparumu karščiui. Kad pelėsių medžiaga būtų apsaugota nuo oksidacijos, kalimo kameroje reikalingas vakuumas arba inertinės dujos. PW1134G variklio TNM lydinio žemo slėgio turbinos mentė taip pat pagaminta vakuuminio izoterminio kalimo būdu su molibdeno lydinio formomis. Vokietijos GKSS tyrimų centras naudojo įdėtą ekstruzinį TNB lydinį tiesioginiam apdirbimui arba kartu su izoterminiu kalimu, kad pagamintų aukšto slėgio kompresoriaus TiAl lydinio mentę, kuri tapo pagrindiniu aukšto slėgio kompresoriaus TiAl lydinio mentės paruošimo būdu.
TETSUI T ir kt. išrado naują TiAl lydinį, kuris yra padalintas į Ti-42Al-5Mn(%, masės dalis). Gamybos procese naudojamas tradicinis karštasis apdorojimas, kai luitas kaitinamas iki 1300 °C terminiam apdorojimui ir atšaldomas iki maždaug 1200 °C kalimo arba valcavimo būdu, kaip parodyta 12 paveiksle. Šis apdirbimo būdas yra toks pat kaip ir įprastas karštasis štampas. kalimo formavimo metodas, todėl ašmenų gamybos procesas sumažina strypo karšto ekstruzijos procesą, žymiai sumažina išlaidas ir gali gaminti didesnius komponentus. Kaltiniai peiliai turi labai smulkią mikrostruktūrą, todėl tempiamasis stipris yra labai didelis esant vidutinei ir žemai temperatūrai. Tačiau dėl fazės įtakos šio lydinio atsparumas aukštai temperatūrai žymiai sumažėja, o tai sunku naudoti ilgalaikėms aukštos temperatūros dalims, tokioms kaip turbokompresoriai, ir labiau tinka žemos temperatūros arba trumpalaikiams aukštos temperatūros peiliams. dalys.
4 pav. TiAl lydinio peiliai, pagaminti Mitsubishi Heavy Industries
(a) ir jų savybės (b)
TiAl lydinio geležtės izoterminio kalimo proceso kelių etapų modeliavimas atliekamas baigtinių elementų modeliavimu, kuris gali efektyviai įsisavinti medžiagų reologijos dėsnį, analizuoti proceso parametrų įtaką, optimizuoti procesą ir štampų dizainą. Tuo pačiu metu baigtinių elementų modeliavimas gali ne tik sutrumpinti gamybos ciklą ir sumažinti sąnaudas, bet ir turi svarbią orientacinę reikšmę gilinant žinias apie TiAl lydinio ašmenų kalimo formavimo dėsnį ir optimizuojant ašmenų formavimo procesą. Xin Jingjing ir kt. naudojo Deform-3D baigtinių elementų programinę įrangą, kad imituotų didelio Nb-TiAl lydinio geležtės izoterminio kalimo procesą, ir padarė šias išvadas: Ekvivalentinis ašmenų korpuso ir ašmenų įtempimo pasiskirstymas izoterminiame kalime yra vienodas ir padidėjus viršutiniam štampavimo suspaudimo greičiui ir pakaitinimo temperatūrai, vidutinė efektyvioji jėga deformacijos metu mažėja, o tai skatina dinamiškumo atsiradimą. perkristalizacija. Nb-TiAl lydinio geležtės kalimo kokybė gali būti pagerinta, kai viršutinio štampo presavimo greitis yra 1.0 ~ 1,5 mm·s-1, o pakaitinimo temperatūra yra 1250 ~ 13 00 laipsnis . Guan Hong ir kt. pagamintas Ti-46Al-2.5V-1.0Cr-0.3Ni ašmenų izoterminis kalimas. Rezultatai rodo, kad TiAl lydinio izoterminis kalimas kartu su išankstiniu kalimu ir galutiniu kalimu yra įmanomas. Tial lydinio kaitinimo temperatūra yra 1200–1250 laipsnių, o mėginys turi būti apsaugotas apvalkalu, kad perkėlimo proceso metu temperatūra nenukristų per greitai. Deformacijos greitis yra 0,02–0,07 mm ·s-1, o deformacija kontroliuojama 20–40%. Neseniai mūsų komanda ir AVIC Power Co., Ltd. kartu priėmė modeliavimo ir bandomojo tikrinimo derinimo metodą, gavo atitinkamus proceso parametrus naudojant Deform-3D baigtinių elementų modeliavimo programinę įrangą ir beveik izoterminiu kalimu paruošė TNM lydinio peilius. technologija naudojant Ni3Al formą (5 pav.), palygino skirtingų skerspjūvių menčių profilius. Beveik izoterminio kalimo proceso prognozavimo tikslumas gali būti didesnis nei 90% baigtinių elementų modeliavimo būdu. Palyginti su tradiciniu (vakuuminiu) izoterminiu kalimo procesu, jis turi didelio efektyvumo, vakuumo, lengvo tikslaus formos valdymo ir mažų proceso sąnaudų pranašumų.
5 pav. Imituotas(a) ir faktinis(b) beveik izoterminis kaltinis peilis
Siekdami ištirti TiAl lydinio kalimo efektyvumą žemoje temperatūroje, WANG X ir kt. bei ZHANG H ir kt. naudojo baigtinių elementų metodą, kad išanalizuoti izoterminį štampų kalimo procesą su didelio Nb kiekio TiAl lydinio peiliu žemoje temperatūroje, ir sėkmingai paruošė aukštą NB. -Tialinio lydinio peilis su aukšta paviršiaus kokybe ir našumu (6 pav.). Formuojant TiAl lydinio ašmenis, galima išvengti ašmenų lankstymo defektų ir sumažinti peilio formavimo jėgą optimizuojant iš anksto suformuotos dalies formą ir dydį. Kai temperatūra yra žemesnė nei 1000 laipsnių, kalimo temperatūra ir deformacijos greitis turi mažai įtakos galutiniam peilio, pagaminto iš izoterminio kalimo, efektyvios deformacijos pasiskirstymui. Didėjant kalimo temperatūrai ir mažėjant deformacijos greičiui, galutinis efektyvusis kalimo ašmenų įtempis mažėja ir jo pasiskirstymas palaipsniui tampa vienodas. Didelio Nb-TiAl lydinio peilis buvo sėkmingai paruoštas esant mažesniam nei 0,01 mm·s-1 tempimo greičiui ir žemesnei nei 950 laipsnių temperatūrai, o ašmenyse nesusidarė jokių makroskopinių įtrūkimų. Tuo pačiu metu Harbino technologijos institutas sukūrė pirmąją vakuuminio izoterminio karšto apdorojimo įrangą, kuri gali realizuoti vakuuminio izoterminio kalimo ir izoterminio ekstruzijos funkcijas, ir buvo naudojama ruošiant TiAl lydinio izoterminio kalimo dalis. Šis prietaisas gali būti naudojamas ne tik izoterminei TiAl lydinio deformacijai, bet ir turi svarbią taikymo vertę ruošiant miltelinio superlydinio disko komponentus.
6 pav. didelio Nb-TiAl lydinio geležtė, paruošta žemos temperatūros izoterminio štampavimo būdu
TETSUI T ir kt. išrado naują TiAl lydinį, kuris yra padalintas į Ti-42Al-5Mn(%, masės dalis). Gamybos procese naudojamas tradicinis karštasis apdorojimas, kai luitas kaitinamas iki 1300 °C terminiam apdorojimui ir atšaldomas iki maždaug 1200 °C kalimo arba valcavimo būdu, kaip parodyta 12 paveiksle. Šis apdirbimo būdas yra toks pat kaip ir įprastas karštasis štampas. kalimo formavimo metodas, todėl ašmenų gamybos procesas sumažina strypo karšto ekstruzijos procesą, žymiai sumažina išlaidas ir gali gaminti didesnius komponentus. Kaltiniai peiliai turi labai smulkią mikrostruktūrą, todėl tempiamasis stipris yra labai didelis esant vidutinei ir žemai temperatūrai. Tačiau dėl fazės įtakos šio lydinio atsparumas aukštai temperatūrai žymiai sumažėja, o tai sunku naudoti ilgalaikėms aukštos temperatūros dalims, tokioms kaip turbokompresoriai, ir labiau tinka žemos temperatūros arba trumpalaikiams aukštos temperatūros peiliams. dalys.
