锻造工艺是(shi)一(yi)种常(chang)见的加(jia)工技术(shu)，经(jing)常利(li)用锻压机使(shi)需要被锻(duan)造(zao)的材(cai)料由(you)于受到(dao)压(ya)力(li)而(er)变形从而(er)使(shi)原(yuan)始(shi)的(de)金属(shu)零件转化(hua)成(cheng)为需要(yao)的(de)尺(chi)寸(cun)和状(zhuang)态，锻(duan)造主(zhu)要(yao)包含两种类(lei)型，即锻(duan)造和冲(chong)压。锻造(zao)产(chan)生的(de)金属锻(duan)件具(ju)有良(liang)好的(de)性(xing)能(neng)，主(zhu)要由于锻(duan)造增加(jia)了金属(shu)原(yuan)材料的密(mi)度(du)，避(bi)免(mian)其(qi)结(jie)构疏(shu)松造成的不(bu)稳(wen)定，除(chu)此(ci)之外(wai)，其保(bao)证(zheng)了(le)金属锻件(jian)产(chan)生的(de)性能，因此被(bei)广(guang)泛(fan)用(yong)于(yu)目(mu)前的零(ling)件加工(gong)产业。这(zhe)些锻造(zao)零(ling)件可以(yi)应用于某(mou)些(xie)工(gong)作(zuo)环境苛(ke)刻的设备中(zhong)，可(ke)以(yi)有效(xiao)抗(kang)负(fu)载，具有(you)极(ji)高(gao)的(de)稳定性(xing)，因此锻(duan)件的(de)应用(yong)前(qian)景(jing)广阔(kuo)。钛合金是一种(zhong)新(xin)型(xing)的(de)合金(jin)[1]，其(qi)主要(yao)是增加了(le)钛(tai)金属(shu)的强度(du)，同时(shi)降低(di)了(le)钛(tai)金(jin)属(shu)的密(mi)度(du)，从而(er)保证钛金属具有(you)优秀的(de)耐(nai)腐(fu)蚀(shi)性(xing)能，因(yin)此有很大的(de)应(ying)用价(jia)值(zhi)。为了更(geng)好地应用这些材料(liao)，锻造(zao)工艺对锻(duan)件(jian)性(xing)能影(ying)响的研(yan)究(jiu)十分(fen)必要(yao)。锻造是(shi)利(li)用(yong)金(jin)属(shu)的(de)塑(su)性[2]，在(zai)工具(ju)的冲(chong)击或(huo)压力下(xia)，获(huo)得具(ju)有(you)特(te)定形(xing)状和(he)结构性(xing)能的(de)塑性(xing)成形工(gong)艺(yi)。锻(duan)造(zao)生(sheng)产的优势在于，不(bu)仅(jin)可以获(huo)得机械零(ling)件的(de)指定(ding)形状(zhuang)，而且(qie)可以改善材(cai)料的(de)内(nei)部(bu)结(jie)构，提(ti)高机械(xie)零件(jian)的机械性(xing)能(neng)。钛合(he)金(jin)锻件广(guang)泛用(yong)于制造中(zhong)温发(fa)动(dong)机风扇和压缩机叶盘。
利用钛合金锻(duan)件可(ke)以(yi)有(you)效地将叶(ye)盘的结构类型转(zhuan)化，由(you)传统的多连接(jie)叶(ye)盘转(zhuan)化成(cheng)叶(ye)片(pian)圆(yuan)盘(pan)连接(jie)型叶(ye)盘[3]，这样可以(yi)导(dao)致(zhi)整个(ge)叶盘的(de)结构不那(na)么(me)繁琐(suo)，组(zu)成叶盘(pan)的材(cai)料(liao)需(xu)求也降低(di)了(le)，因此(ci)叶(ye)盘此时能(neng)进(jin)行(xing)保(bao)形(xing)配置，叶盘需要更(geng)好(hao)地(di)低疲(pi)劳(lao)和(he)抗蠕(ru)变配置。因此，本文(wen)研(yan)究(jiu)了(le)锻造(zao)工艺对钛(tai)合金锻件(jian)组织和(he)性(xing)能(neng)的影响。
1、试验(yan)方(fang)案
1.1整(zheng)体叶(ye)盘形状(zhuang)与(yu)尺寸(cun)
研(yan)究(jiu)的钛(tai)合金选(xuan)用(yong)TCl7合(he)金，该(gai)钛合金的是(shi)(Mo+cr)含(han)量为8％，比(bi)TC4和Ti-6242具(ju)有更高(gao)的(de)中(zhong)温强(qiang)度，因(yin)此(ci)现在(zai)被(bei)广泛地(di)使用(yong)在其(qi)中。发(fa)动机风(feng)扇和压缩机集成(cheng)叶盘(pan)制(zhi)造可以使用(yong)钛(tai)合(he)金(jin)锻(duan)件来有(you)效地(di)转化叶盘(pan)的(de)结构类型(xing)，使(shi)其结构(gou)由(you)繁到简(jian)，不(bu)仅减少(shao)了(le)叶盘再制(zhi)造(zao)生产(chan)时需(xu)要(yao)的工序(xu)，也(ye)降(jiang)低制造叶盘的材料(liao)消(xiao)耗(hao)。由(you)于叶(ye)盘(pan)在(zai)使用过(guo)程中(zhong)必(bi)须(xu)保(bao)证时(shi)刻具有弹性(xing)，因(yin)此(ci)必须要避免其(qi)由于(yu)疲(pi)劳(lao)产生(sheng)的不(bu)可(ke)弯(wan)曲(qu)的问题。研(yan)究表明，叶(ye)盘的疲劳问(wen)题(ti)主要(yao)由(you)叶盘(pan)的(de)锻(duan)造方式来改善，在锻(duan)造(zao)时可以增加其纹理状(zhuang)态(tai)太(tai)保(bao)证性能。叶(ye)盘(pan)组织受(shou)热导致其(qi)性能转(zhuan)变的临(lin)界(jie)点(dian)温(wen)度即(ji)为叶(ye)盘(pan)锻(duan)造(zao)时需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)的变形(xing)温(wen)度(du)，根(gen)据叶(ye)盘(pan)加热(re)变(bian)形(xing)温度得出固(gu)定的组(zu)织，该(gai)组(zu)织称之为(wei)三相(xiang)组织，以上阶段的(de)锻造称(cheng)为近(jin)β锻造。与(yu)该(gai)过(guo)程不同，叶(ye)盘(pan)组织使(shi)用极(ji)高(gao)的(de)温(wen)度加热后，导(dao)致(zhi)其(qi)性(xing)能(neng)完全(quan)受(shou)到损(sun)伤(shang)，甚至(zhi)产(chan)生(sheng)层(ceng)状结构的过程(cheng)称为β锻(duan)造。研究(jiu)表(biao)明，本实验研(yan)究的(de)钛合金(jin)TC17，使用这(zhe)两种锻造方(fang)法锻造(zao)出(chu)的网(wang)篮(lan)三相(xiang)结构更能(neng)满足(zu)飞机发(fa)动机的技术要(yao)求(qiu)。
首先，应(ying)明确(que)检测(ce)整体(ti)叶盘锻件的(de)盘形和尺寸(cun)，如图(tu)1所(suo)示。
如(ru)图(tu)1所(suo)示(shi)，整(zheng)个(ge)叶盘锻件由(you)试(shi)环(huan)和鼓(gu)筒安装(zhuang)边(bian)部(bu)位组成(cheng)。
1.2原(yuan)材料(liao)
本试(shi)验(yan)选(xuan)用(yong)310mm×80mm的TC17合金(jin)，该合(he)金(jin)的(de)化(hua)学成分能(neng)为(wei)：5.12Al、4.14cr、4.06Mo、2.17sn、1.98Zr、0.01c、0.005N、0.0021H，β相(xiang)转变温(wen)度Tp为(wei)893℃。试验(yan)用(yong)料(liao)是经(jing)过(guo)相变(bian)点下(xia)多(duo)次(ci)镦(dui)拔(ba)变(bian)形(xing)的(de)均匀(yun)双态(tai)组(zu)织。
1.3工艺设计
为了对比(bi)TC17合金(jin)近p锻和(he)p锻后(hou)组织(zhi)性能，设计了如(ru)下锻(duan)造(zao)工(gong)艺(yi)路线(xian)。
第(di)一种(zhong)，坯料(liao)加(jia)热(re)(Tβ+25)℃，等(deng)温(wen)镦(dui)粗，变形(xing)速(su)度v=1mm/s，等(deng)变(bian)形量(liang)55％，锻(duan)后(hou)空(kong)冷，热(re)处理采(cai)用(yong)800℃×4h，WQ+630℃×8h，AC。
第(di)二(er)种，坯料加(jia)热(T。一(yi)20)℃，等(deng)温(wen)镦(dui)粗(cu)，变(bian)形(xing)速度(du)v=1mm/s，变形(xing)量(liang)40％，锻后水(shui)冷(leng)，热处理(li)采用850℃×3h，AC+800℃×4h，WQ+630℃×8h，AC。
这(zhe)两(liang)种(zhong)工(gong)艺(yi)方(fang)案主要的(de)区别(bie)在(zai)于(yu)其(qi)相(xiang)变(bian)点的加热方式，以一(yi)种(zhong)选用(yong)了(le)相(xiang)变(bian)点上(shang)加热，第(di)二(er)种(zhong)则(ze)选用(yong)相(xiang)变点(dian)下加(jia)热，两(liang)者锻后也不一(yi)样(yang)，第一种(zhong)锻(duan)后选择(ze)空(kong)冷，第二(er)种则是水冷，热处(chu)理(li)为均(jun)匀化(hua)+固(gu)溶+时(shi)效。
1.4试(shi)验过程(cheng)
在(zai)试(shi)验过(guo)程(cheng)中(zhong)，首先(xian)需要将(jiang)原(yuan)材料(liao)进(jin)行(xing)改(gai)锻，改锻的环境控(kong)制在3t范围(wei)内，由于改(gai)锻(duan)的(de)过程可(ke)能(neng)会(hui)发(fa)生(sheng)其他类型的反(fan)应(ying)，因此(ci)需要(yao)预先设置(zhi)改(gai)锻(duan)的(de)尺寸，本文采用(yong)的锻锤为常规(gui)锻(duan)锤(chui)，需要将改锻尺寸设定为250mm×120mm，尺寸(cun)输(shu)入后(hou)需(xu)要进行改(gai)锻的(de)加热处(chu)理，本(ben)试验(yan)选(xuan)取电炉(lu)进(jin)行(xing)加热(re)处理，设置电炉的探波(bo)数值(zhi)，进行(xing)预(yu)热(re)处理(li)后(hou)即可开(kai)始(shi)进行(xing)改(gai)锻。
1.5试(shi)验取样图
根据试(shi)验过程，选取(qu)试样的部位(wei)进行(xing)试验取(qu)样，试验(yan)取样图(tu)如图2所(suo)示。
由图2可知，试样取(qu)样(yang)分成(cheng)若(ruo)干步(bu)骤，不同(tong)的锻(duan)造工(gong)艺试(shi)验取样(yang)的位置(zhi)也(ye)不(bu)同，图中(zhong)的(de)1、2位(wei)置(zhi)为热稳(wen)定(ding)取(qu)样(yang)，5、6、7、8均(jun)为高温(wen)拉(la)伸(shen)取样(yang)，4代(dai)表(biao)疲劳(lao)取(qu)样。
热(re)稳(wen)定(ding)400℃／100h空(kong)冷
2、试验(yan)结果(guo)与(yu)讨论(lun)
2.1不同(tong)锻造工(gong)艺对显微组织(zhi)的(de)影(ying)响(xiang)
如图3所示，为(wei)近(jin)β锻工(gong)艺锻(duan)件(jian)的(de)显(xian)微组织。其初生(sheng)α含量(liang)约20％，条(tiao)状。α沿原(yuan)始(shi)β晶界分布，原(yuan)始β晶粒尺(chi)寸较(jiao)小，晶界基(ji)本破碎，为等轴(zhou)α+条状α+β状(zhuang)的(de)三态(tai)组(zu)织(zhi)。
图(tu)4为β锻显微(wei)组(zu)织(zhi)图，该(gai)显微组(zu)织(zhi)可以(yi)反映(ying)相变(bian)点的(de)热变形量(liang)，经(jing)过(guo)研究证明(ming)，其在某(mou)个(ge)固(gu)定(ding)温度(du)可(ke)以导致锻(duan)造(zao)变形(xing)，从而(er)使显微结构(gou)发(fa)生转变。
由(you)图(tu)4可(ke)知(zhi)，试(shi)验(yan)中的(de)钛(tai)合金(jin)普(pu)遍(bian)都可(ke)以(yi)经过(guo)锻(duan)造产生(sheng)网篮(lan)反(fan)映，经(jing)过(guo)锻造(zao)后(hou)的(de)钛合(he)金(jin)显微(wei)结(jie)构呈现(xian)出(chu)网(wang)状(zhuang)，容易受热(re)改(gai)变性质(zhi)，因(yin)此(ci)证(zheng)明(ming)此时(shi)满(man)足(zu)锻造(zao)条(tiao)件(jian)。
2.2不(bu)同(tong)锻(duan)造工(gong)艺对力(li)学(xue)性能的影响
分(fen)别使(shi)用(yong)两(liang)种不(bu)同(tong)的锻造(zao)工艺，即近(jin)β锻和β锻，根据(ju)这两(liang)种锻(duan)造(zao)工(gong)艺(yi)进(jin)行(xing)性能检测，分别(bie)检(jian)测(ce)室温拉(la)伸，高(gao)温(wen)拉(la)伸(shen)和(he)热(re)稳(wen)定(ding)状态(tai)下(xia)两(liang)种(zhong)锻造(zao)方式(shi)的性能(neng)差异，由于锻(duan)造工(gong)艺受(shou)到金(jin)属本身(shen)的性(xing)能影(ying)响(xiang)，因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)提(ti)前(qian)进行(xing)热处(chu)理才(cai)能(neng)进行(xing)后续试验，检测(ce)结果如表1～3所(suo)示(shi)。
由(you)表(biao)1一(yi)表3可知，两种工艺(yi)的力学性(xing)能有较大差(cha)异，主要体现在(zai)断(duan)裂韧(ren)性方(fang)面，近β锻的断裂韧(ren)性相(xiang)对(dui)于β锻(duan)来说(shuo)偏小(xiao)，比较(jiao)容易(yi)由于受(shou)到某些(xie)刺激而产生(sheng)断裂(lie)，而(er)β锻(duan)就(jiu)比较稳定，不(bu)容(rong)易发生断裂，因(yin)此(ci)β锻(duan)比(bi)近(jin)β锻(duan)的(de)性能高，适(shi)合应(ying)用于叶(ye)盘(pan)的(de)制(zhi)造中，除(chu)此之外(wai)，进行抗疲(pi)劳试(shi)验也(ye)是(shi)为了(le)检(jian)测(ce)二者(zhe)的(de)性能差异，计(ji)算(suan)二者(zhe)的最(zui)大(da)疲劳(lao)树(shu)脂。传统两相(xiang)钛(tai)合(he)金(jin)网(wang)篮(lan)组(zu)织高(gao)周(zhou)疲劳较(jiao)差(cha)，但(dan)TC17合金(jin)网篮组织(zhi)的(de)疲劳(lao)极(ji)限强度可比(bi)较(jiao)高(gao)，因(yin)此可(ke)以(yi)用作叶盘的生产材料。
3、结(jie)论(lun)
β锻(duan)工(gong)艺(yi)的(de)锻(duan)件强(qiang)度(du)、塑性及断(duan)裂(lie)韧(ren)性等综(zong)合力(li)学(xue)性(xing)能较好，近(jin)β锻工(gong)艺的断(duan)裂(lie)韧性较差(cha)，因此(ci)钛合金(jin)发动机(ji)叶(ye)盘应(ying)选用(yong)β锻造工艺锻造。
4、结(jie)语
综(zong)上(shang)所述(shu)，钛(tai)合(he)金(jin)在航(hang)空航(hang)天(tian)，医疗(liao)方(fang)面(mian)有(you)重(zhong)要(yao)应(ying)用(yong)，其具(ju)有耐(nai)腐蚀(shi)，高(gao)强(qiang)度的(de)优势，研(yan)究表(biao)明，近(jin)β锻(duan)虽(sui)然强度(du)和(he)塑(su)性优(you)于(yu)β锻(duan)，但其断(duan)裂韧(ren)性(xing)较差。TC17合金(jin)整(zheng)体(ti)叶(ye)盘(pan)锻(duan)造(zao)应选用β锻工艺，对后续(xu)钛合(he)金(jin)的(de)应(ying)用(yong)有(you)一定(ding)的参(can)考价(jia)值(zhi)。
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