鍛造工藝對鈦棒的組織及性能影響

2022-11-01 17:45:32

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鈦棒鍛造用料主要是各種成分的純鈦和鈦合金，材料的原始狀態(tài)有鈦棒、鑄錠、金屬粉末和液態(tài)金屬。金屬在變形前的橫斷面積與變形后的橫斷面積之比稱為鍛造比。正確地選擇鍛造比、合理的加熱溫度及保溫時間、合理的始鍛溫度和終鍛溫度、合理的變形量及變形速度對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本有很大關(guān)系。一般的中小型鍛件都用圓形或方形棒料作為坯料。棒料的晶粒組織和機(jī)械性能均勻、良好，形狀和尺寸準(zhǔn)確，表面質(zhì)量好，便于組織批量生產(chǎn)。只要合理控制加熱溫度和變形條件，不需要大的鍛造變形就能鍛出性能優(yōu)良的鍛件。在飛機(jī)上，鈦合金主要用來制造大梁、起落架、槳轂和接頭等主要受力構(gòu)件；在發(fā)動機(jī)上鈦合金主要用來制造轉(zhuǎn)接環(huán)、禍輪風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤和葉片等受力受熱零件。

　　鈦合金對鍛造工藝參數(shù)非常敏感，鍛造溫度、變形量、變形及冷卻速度的改變都會引起鈦合金組織性能的變化。為更好地控制鍛件的組織性能，近幾年，熱模鍛造、等溫鍛造等先進(jìn)的鍛造技術(shù)在鈦合金的鍛造生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。采用常規(guī)鍛造工藝方法，一般來說，鈦合金可使鍛后構(gòu)件獲得等軸組織，從而具有高的室溫型性和強(qiáng)度。為解決大型復(fù)雜的鈦棒精密鍛件的成形提供了可行的方法。這種方法已廣泛用于鈦棒生產(chǎn)。提高鈦棒流動性、降低變形抗力最有效的方法之一是提高模具的預(yù)熱溫度。國內(nèi)外近二三十年以來發(fā)展起來的等溫模鍛、熱模模鍛。

　　如何提高鈦棒的生產(chǎn)的成品率，其中可以當(dāng)采用閉式模鍛方法模鍛鈦棒，閉式模鍛必需嚴(yán)格限定原始毛坯的體積，這使備料工序復(fù)雜化。否采用閉式模鍛，要從利潤和工藝可行性兩方面考慮。隨后只進(jìn)行熱處置和切削加工的最后毛坯。鍛造溫度和變形程度是決定合金組織、性能的基本因素。鈦棒的熱處理與鋼的熱處理不同，模鍛通常是用來制造外形和尺寸接近廢品。對合金的組織不起決定作用。因此，鈦棒最后工步的工藝規(guī)范具有特別重要的作用。必需使毛坯的整體變形量不低于30%變形溫度不逾越相變溫度，為了使鈦棒同時獲得較高的強(qiáng)度和塑性并且應(yīng)力求溫度和變形程度在整個變形毛坯中盡可能分布均勻。

　　經(jīng)再結(jié)晶熱處理后，鈦棒和性能均勻性不及鋼鍛件。金屬激烈流動區(qū)其低倍為模糊晶，高倍為等軸細(xì)晶；難變形區(qū)，因變形量小或無變形，其組織往往保管變形前的狀態(tài)。因此在模鍛一些重要的鈦棒零件(如壓氣機(jī)盤、葉片等)時，除了控制變形溫度在TB以下和適當(dāng)?shù)淖冃嗡酵猓刂圃鞯慕M織是十分重要的否則，粗晶組織或某些缺陷會遺傳到鍛件中，而且其后的熱處置又無法消除，將導(dǎo)致鍛件報(bào)廢。

　　熱效應(yīng)局部集中的急劇變形區(qū)域內(nèi)，錘上模鍛外形復(fù)雜的鈦棒鍛件時。即使嚴(yán)格控制加熱溫度，金屬的溫度可能還是會超過合金的TB例如模鍛橫截面為工字形的鈦棒毛坯時，錘擊過重，中間(腹板區(qū))局部的溫度因變形熱效應(yīng)的作用比邊緣局部高約100℃。另外，難變形區(qū)和具有臨界變形水平區(qū)域，模鍛之后加熱過程中易形成塑性和耐久強(qiáng)度都比較低的粗晶組織。所以錘上模鍛外形復(fù)雜的鍛件，其力學(xué)性能經(jīng)常很不穩(wěn)定。但將導(dǎo)致變形抗力急劇提高，降低模鍛加熱溫度雖然可以消除毛坯發(fā)生局部過熱的危險(xiǎn)。增加工具磨損和動力消耗，還必需使用更大功率的設(shè)備。開式模鍛時，毛邊損耗占毛坯重量的15%-20%夾持部分的工藝性廢料(如果按模鍛條件必需留有此部分)占毛坯重量的10%毛邊金屬相對損耗通常是隨毛坯重量的減少而增加，某些結(jié)構(gòu)不對稱、截面面積差較大以及存在難以充填的局部的鍛件，毛邊消耗可高達(dá)50%閉式模鍛雖無毛邊損耗，但制坯工藝復(fù)雜，需要添加較多過渡具型槽，無疑會增加輔助費(fèi)用。