等溫鍛造與超塑鍛造的材料性能


      采用等溫鍛造或超塑性鍛造,不僅可以成形許多常規金屬材料,而且可以成形許多常規變形方法不能加工的低塑性、難變形材料,目前已廣泛應用到合金鋼、鈦合金、鋁合金、鎂合金、高溫合金、金屬間化合物、大塊非晶、復合材料以及粉末材料的成形加工方面。等溫鍛造和超塑性鍛造工藝規范的確定以材料流動應力低、塑性高、氧化少為原則,并要兼顧到模具材料的承受能力。材料在等溫狀態下的流動應力受溫度、應變和應變速率的影響,既具有應變強化特性,又具有應變速率強化特性。材料品種、成形溫度和應變速率不同,上述兩種特性彼此消長,而材料的塑性也同樣受上述因素的影響。合理的成形工藝熱力規范可以保證材料具有較高的塑性和低的變形抗力,有利于成形過程的穩定進行。不同種類的材料其應力應變曲線具有很大的差異,為了合理地確定其等溫鍛造和超塑性鍛造工藝規范,應對不同材料的等溫鍛造和超塑性鍛造成形性能進行具體分析。

       如前所述,組織超塑性的前提是材料具有等軸細 晶組織。 獲得該組織的途徑有三種: 工業供貨狀態即 為等軸細晶組織,主要是部分鈦合金(如Ti-6Al- 4V)、雙相不銹鋼(如0Cr21Ni5Ti); 為獲得超塑性 而特殊開發的材料品種,主要是在超塑性研究早期; 工業牌號材料的細晶化處理。

等溫鍛造與超塑鍛造的材料性能的圖1

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鈦合金的等溫鍛造和超塑性鍛造性能

      鈦及鈦合金由于質量輕、比強度高、耐腐蝕性能出、高溫性能優良, 成為航空航天等領域中非常重要的結構材料。但是,鈦合金的冷變形抗力大、回彈嚴重、塑性不高,冷加工性能差,采用傳統方法加工難度很大,其塑性加工通常是在高溫下進行的,等溫鍛造和超塑性鍛造是鈦合金塑性加工的重要手段。合金屬于組織結構、應變速率敏感性材料,其力學性能隨組織結構和應變速率變化,另外,鈦合金的變形抗力隨溫度的降低是急劇增加的,且比鋼鐵材料的增加速度要快得多,因此,鈦合金對等溫鍛造和超塑性鍛造工藝參數的控制要求較高。


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鋁合金的等溫鍛造和超塑鍛造性能

       鋁合金是最重要的輕量化結構材料之一,在工業 上得到了極為廣泛的應用。 一般來說,隨著合金化程 度的提高,鋁合金的強度得到提高,但塑性總是降低 的,并且其鍛造溫度范圍比較窄,通常在100℃ 左 右,許多高強度鋁合金的成形性能差,成形溫度范圍 窄,其等溫成形技術的開發應用具有重要意義。 于鋁合金的熔點溫度較低,對成形加工的時間不必加 以限制,在生產效率允許的前提下,可以采用較低的 溫度和速度進行等溫鍛造或超塑性鍛造,模具材料的 選擇范圍也更寬一些。

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鎂合金的等溫鍛造和超塑鍛造性能

      鎂合金作為最輕的實用金屬材料,受到世界各國 的高度重視。 但是,由于具有密排六方結構,與立方 結構的鋼鐵材料以及鋁合金相比,鎂合金不僅強度
低、耐腐蝕性能差,而且加工性能差,限制了其應 用。 鎂合金在高溫下有很好的組織穩定性,作為難變 形材料的重要成形技術,等溫鍛造和超塑性鍛造技術
將為鎂合金的應用提供有效的手段。許多鎂合金的超 塑性不受10μm以下的晶粒尺寸的限制,可以不進行 任何超細化處理而直接進行超塑性成形。

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鋼鐵材料的等溫鍛造和超塑鍛造性能

       對于碳鋼和合金鋼,當溫度高于700℃ 時,具有較高的塑性和較低的變形抗力,并且變形抗力隨變形程度的變化不大,因此,碳鋼和合金鋼的變形溫度范圍是比較寬的,通常采用常規熱變形方法進行成形。但是,對于形狀復雜的小型零件,采用等溫鍛造或超塑性鍛造,可以減少成形道次,獲得高質量零件。


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鎳基合金的等溫鍛造和超塑鍛造性能

       鎳基合金具有優良的高溫性能,適合在高溫下長 時間工作,是目前制造先進航空發動機和燃氣輪機葉 片的主要材料。 由于該合金應變硬化傾向嚴重、變形 抗力大,冷成形困難。鎳基合金在等溫鍛造或超塑性 鍛造前通常需要經過細晶化處理。 另外,某些高溫合 金在等溫鍛造過程中采用高低應變速率組合變形時, 低應變速率對應的流變應力較單獨使用同值低應變速 率的流變應力大為降低。

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金屬間化合物的等溫鍛造和超塑鍛造性能

      金屬間化合物具有輕質、高溫性能優良的特點,適合在高溫下長時間工作,是制造先進發動機和燃氣輪機耐熱構件的理想材料。但是,該合金室溫脆性高,變形抗力大,基本不可冷成形,除了鑄造和粉末冶金直接成形零件外,等溫鍛造或超塑鍛造是非常合適的近凈成形工藝。金屬間化合物在等溫鍛造或超塑性鍛造前通常需要經過細晶化處理。


文章來源:熱加工論壇

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