根据不同变形工艺需要,钛合金材料热成形时都力求减少摩擦力与变形抗力,减少氧化、渗氢、表面污染问题,因此,要求玻璃润滑剂在工作条件下应有较宽的黏度范围,以适应精密锻造工艺参数的变化,提高叶片精密锻件的冶金质量,所以采用防护涂层润滑技术十分关键。常规难变形材料的最佳热变形温度一般窗口很窄,而采用涂层热性能好的工艺涂层,将是减少温降的一个有力措施。在形变热处理工艺中采用防护润滑技术可以起到控制最佳终锻温度的要求,可得到最佳的性能和组织状态。
目前使用的FR系列玻璃防护润滑剂本身是一种临时性的工艺涂料,在钛合金模锻高温成形时起到高温防护、润滑的作用。此系列防护润滑剂是专门配制的一种悬浮液浆料,它以硅酸盐为主要成分,以水溶性树脂为黏结剂,这种润滑剂涂覆在钛合金毛坯上能迅速干燥、成膜并具有一定的干燥强度,操作工艺简单。FR系列玻璃防护润滑剂产品不但用于军品生产,还大量应用在民品锻件生产上。例如,航空航天用钛合金大中小型精密模锻件、航空发动机高压压气机盘、转子叶片、汽轮机叶片、挤压件、人工关节、航天武器导弹系列的精密锻造都使用FR系列玻璃防护润滑剂。
在钛合金材料热成形过程中使用的玻璃防护润滑剂涂层,是在锻件毛坯与模具表面之间存在着第三种介质-一层玻璃态物质润滑剂“釉”,其厚度通常为0.15~0.2mm,它是固体、塑性黏性物质、液体、气体或者是它们之间的混合物。它们在一定条件下可以部分地或全部地完成表面和防护润滑效能。钛合金材料在热变形过程中,由于金属的塑性变形流动而不断产生新鲜的金属表面,同时在高温下(700~1180℃)还要承受很大的变形压力,所以对玻璃防护润滑剂的基本要求是:
(1)在高温下能够在金属表面形成致密的连续的保护膜层,变形时能随金属一起流动并承受高温、高压。
(2)变形时由于接触压力变化很大(200~101000MPa),金属流动速度为0.01x103m/s,静压力可在0~5~500x102MPa范围内变化,因此要求玻璃润滑剂在工作条件下有较宽的黏度范围,以适应工艺参数的变化。
(3)能起到高温防护作用,能够防止与减少表层氧化与渗氢。选择的玻璃防护润滑剂在高温时不与基体金属和模具起化学反应,不产生腐蚀作用。
(4)表面的工艺涂层高温下能牢固地依附在锻件表面,可以经受数次的重复锻造,有利于金属均匀变形,避免模具过热和工件迅速变冷。
(5)涂敷工艺方便,能适应人工或机械化涂敷,以满足批量生产的要求。
(6)锻造变形后涂层去除方便。
(7)润滑剂应是无毒或低毒的,不产生烟雾或有害气体,不造成对环境的污染。
(8)润滑剂应制备、供应方便,价格便宜。
对于不同的热锻工艺,润滑剂还要有不同的特殊要求:
(1)对于一火次成形的锻件,要求涂层最好是自剥的,这样使用起来方便;
(2)对于多火成形的零件,则要求涂层是非自剥的,使多火次变形的零件在中间工序进行过程中不用再涂敷润滑剂,使附在金属表面的涂层依然存在,仍能起到防护润滑作用;
(3)对于薄壁的热冲压件,要求涂层本身是水溶性的,或其他溶剂溶解型的,或自剥性的,以利于润滑剂涂层在变形后去除。
研制的钛合金锻造防护用玻璃润滑剂见表8-12.在圆形试样上涂敷TFR-6锻造防护用玻璃润滑剂,高温加热镦粗变形后的试样外观如图8-8所示。
序号 | 防护润滑剂牌号 | 适用工艺种类 | 适用温度范围/℃ | 适用合金种类 |
1 | TFR-6 | 模锻、挤压 | 800-1020 | TC4,TC11,TA11,TA12,Ti60,Ti811 |
2 | TFR-7 | 模锻、挤压 | 750-850 | Ti1023,Ti700,Ti811 |
3 | TFR-8 | 模锻、挤压 | 950-1100 | TA12,Ti60,Ti811 |
4 | TFR-11 | 等温锻造 | 800-980 | TC4,TC11,TA11,Ti60,Ti811,TA12 |
5 | TFR-85 | 等温锻造 | 750-850 | Ti1023,Ti700 |
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