Высокий

Для формирования этой аэрокосмической детали из Ti6Al4V использовался новый процесс HPWF при температуре 520 градусов F (270 градусов C) и давлении 20 000 фунтов на квадратный дюйм (1400 бар).

Рыночные данные указывают на значительный рост использования титана в новых самолетах. Ожидается, что объемы вырастут в три раза за пятилетний период (см. врезку «Глобальный рост аэрокосмической отрасли стимулирует траекторию расширения титановой промышленности»).

Необходим новый, более быстрый и эффективный способ получения титана авиационного качества.

Существует веская причина для увеличения использования титана в авиастроении. Титановые сплавы легкие, обладают исключительной коррозионной стойкостью и выдерживают экстремальные температуры. Однако высокая стоимость сырья и современные методы формования ограничивают коммерческое использование титановых сплавов узкоспециализированными применениями в самолетах, космических кораблях, турбинах, медицинских приборах и других компонентах, подвергающихся высоким нагрузкам.

Титан марок от 1 до 4, также называемый техническим чистым, поддается формовке при комнатной температуре. Однако марка 5 (титан, 6 процентов алюминия и 4 процента ванадия (Ti6Al4V)) в настоящее время является более предпочтительной в конструкции самолетов. В настоящее время для изготовления Ti6Al4V требуются такие методы изготовления, как фрезерование или горячее формование, которые проводятся при температурах от 1300 до 1650 градусов F (от 700 до 900 градусов C).

Недостатком, присущим каждому из этих методов, является высокая стоимость. Высокий процент брака (от 50 до 70 процентов) при фрезеровании в сочетании с высокой ценой на сам титан серьезно ограничивает его широкое использование. Аналогично, процессы горячей штамповки могут занимать много времени и требовать дорогостоящих инструментов. Таким образом, внедрение титана в авиакосмическую промышленность шло медленнее, чем предполагалось изначально, что не позволяло производителям полностью реализовать его преимущества.

Недавно внедренная технология, теплая штамповка под высоким давлением (HPWF), была разработана для формирования листового титана авиационного назначения при температурах ниже, чем горячая штамповка, горячая штамповка и сверхпластическая формовка.

Технология прессования ячеек под высоким давлением на протяжении десятилетий коммерчески использовалась для изготовления компонентов аэрокосмической отрасли по всему миру. Достижения в области устойчивости к давлению в сочетании с модернизированной конструкцией инструментов позволили производителям планеров идти в ногу с растущим спросом, используя этот процесс холодной штамповки. Повышенное давление обеспечило возможность придавать деталям окончательную форму, устраняя как зависимость от ручной коррекции, так и необходимость промежуточной термообработки.

В соответствии с постоянным совершенствованием технология жидкостных ячеек высокого давления продвинулась еще дальше за счет применения процесса высокого давления при повышенных температурах. Такое сочетание высокого давления и тепла увеличивает скорость формовки, снижает стоимость и повышает точность формовки Ti6Al4V.

Этот новый подход представляет собой систему индукционного нагрева, которая нагревает заготовку и набор инструментов примерно до 520 градусов F (270 градусов C) непосредственно перед подачей в пресс. Требуемые температуры HPWF значительно ниже, чем диапазон, необходимый для горячей штамповки. Работая при давлении 20 000 фунтов на квадратный дюйм (PSI) или 140 мегапаскалей (МПа), пресс с жидкостными ячейками оснащен функциями измерения, контроля и отслеживания для соответствия параметрам, критически важным для процесса HPWF.

Независимый анализ деталей, изготовленных с помощью процесса HPWF, показывает, что параметры формовки находятся в пределах требуемых допусков.

Рисунок 1 Анализ упругого возврата деталей, изготовленных из Ti6Al4V, t = 2,0 мм, показал уменьшение при использовании HPWF. Изображение предоставлено Исследовательским центром перспективной формовки, Глазго, Шотландия.

Исследования, проведенные Исследовательским центром передовой формовки (AFRC) Университета Стратклайда в Глазго, Шотландия, в конце 2017 и начале 2018 года, подтверждают, что детали, прошедшие HPWF, имеют отклонение пружинения после формования менее 0,5 мм (см. Рисунок 1). Следует отметить, что гибкость процесса позволяет контролировать упругое отклонение в конструкции штампа, следовательно, в процесс можно включить компенсацию упругого возврата материала. В результате получается деталь окончательной формы. Постоянная степень упругого возврата зависит от формы детали, толщины материала и используемых параметров процесса. Используемый уровень давления, по-видимому, имеет жизненно важное значение.