钛合金(jin)棒(bang)材(cai)通常(chang)带有(you)较高的(de)加(jia)强(qiang)筋结构(gou)，零(ling)件(jian)形(xing)状复杂(za)且尺(chi)寸(cun)较大，对(dui)棒材(cai)制作(zuo)精度(du)要(yao)求高(gao)等(deng)导(dao)致钛合(he)金(jin)棒材(cai)加工困(kun)难。传统(tong)的(de)钛合(he)金(jin)棒材(cai)讲(jiang)过方(fang)法(fa)以锻造成(cheng)简单形状的(de)毛(mao)坯为主，再(zai)结合现代化数控加工(gong)等(deng)方法(fa)逐个加(jia)工，提高(gao)的(de)加工(gong)成(cheng)本，所获产品(pin)质量强(qiang)度(du)也明(ming)显(xian)降低(di)[1]。
因此，探寻(xun)一(yi)种加(jia)工性能(neng)稳(wen)定，提(ti)高材料利用的(de)工艺(yi)时(shi)当前亟(ji)待解(jie)决(jue)的(de)问题(ti)之一(yi)[2]。模(mo)锻(duan)工艺是(shi)一种新(xin)的钛合金棒材加(jia)工技(ji)术(shu)手段(duan)，能(neng)够有效的(de)降(jiang)低加工成(cheng)本，提(ti)高(gao)了(le)材料(liao)的(de)
利用率。
1、 棒材热模(mo)局部(bu)加(jia)载(zai)成(cheng)形技术
1.1 局(ju)部加(jia)载成形技(ji)术(shu)概况(kuang)
棒(bang)材(cai)类锻(duan)件为棒(bang)材和加强筋(jin)组(zu)成的(de)复(fu)杂圆(yuan)形锻(duan)件，腹(fu)板和加强筋(jin)对锻件(jian)的(de)成(cheng)形(xing)增加(jia)了(le)难(nan)度。因(yin)此(ci)，在(zai)锻件(jian)成(cheng)形设计(ji)过程(cheng)中(zhong)必(bi)须考虑模(mo)压力(li)对(dui)锻(duan)件的影(ying)响(xiang)作用。为(wei)了有(you)效的防(fang)止(zhi)热模(mo)锻(duan)造(zao)成(cheng)形过程中(zhong)整体加(jia)载(zai)导致金(jin)属(shu)沿着(zhe)径向(xiang)大(da)量(liang)流动(dong)进而出(chu)现涡流(liu)、折(zhe)迭、紊(wen)乱(luan)等(deng)现象(xiang)，本(ben)次采(cai)用(yong)局部(bu)加载(zai)垫板和环形垫板(ban)[3]。在热(re)模锻(duan)造(zao)成(cheng)形(xing)试(shi)验过(guo)程中(zhong)，将试验(yan)坯料分别放(fang)置在环形(xing)垫(dian)板中间(jian)，坯料和(he)上模(mo)之(zhi)间(jian)放(fang)置局(ju)部(bu)加载垫板(ban)，可以有效的(de)确保的(de)金属(shu)流(liu)动变形充(chong)分(fen)充填(tian)至模(mo)具型腔内，有(you)效的(de)避(bi)免了(le)沿(yan)径向(xiang)流(liu)动产(chan)生涡(wo)流、紊(wen)乱(luan)等(deng)问题。
棒(bang)材(cai)类热(re)模锻(duan)造(zao)成形(xing)加工(gong)技术通常采用整体加(jia)载方(fang)式(shi)进行，整体加载(zai)技术在成(cheng)形过(guo)程(cheng)中(zhong)当(dang)加强筋(jin)充填(tian)至一定(ding)程度时(shi)，筋(jin)部的充(chong)填阻力明显增(zeng)大，导(dao)致大(da)量(liang)的(de)金属沿(yan)着(zhe)棒(bang)材(cai)中心向四(si)周流动(dong)，或者(zhe)沿(yan)着径向(xiang)流(liu)动进(jin)而(er)引(yin)起紊(wen)乱、折(zhe)迭(die)、涡流等(deng)现象(xiang)，最(zui)终使得锻(duan)件(jian)充(chong)填(tian)不(bu)到位，使得(de)锻件(jian)质量(liang)不达标。若(ruo)在充填过程(cheng)中(zhong)将整(zheng)体加载方(fang)式(shi)改(gai)为(wei)局部(bu)加载逐步成(cheng)形(xing)的(de)方(fang)式，则可(ke)以有(you)效的(de)控(kong)制(zhi)金(jin)属流动的(de)方向，使得金(jin)属(shu)充(chong)分的充(chong)填至(zhi)加强筋底(di)部(bu)，最(zui)大(da)程(cheng)度避(bi)免(mian)了(le)金属(shu)沿(yan)着(zhe)径向(xiang)方向流(liu)动(dong)
的(de)问(wen)题(ti)，可较好(hao)地(di)避(bi)免(mian)上述问题的出现概(gai)率(lv)。
1.2 局部加载(zai)成(cheng)形(xing)技(ji)术(shu)主要(yao)步(bu)骤(zhou)
在(zai)热(re)模(mo)锻(duan)造(zao)成(cheng)形过(guo)程中(zhong)根据棒材(cai)锻(duan)件特(te)征，将其分(fen)解(jie)为(wei)两(liang)个(ge)主要步骤进行试验(yan)。第(di)一(yi)步(bu)是棒(bang)材工(gong)件的(de)预(yu)成形(xing)阶(jie)段(duan)，该(gai)过程(cheng)就(jiu)是(shi)在(zai)局(ju)部加(jia)载(zai)垫(dian)板(ban)评(ping)先压力(li)的(de)影(ying)响下将(jiang)坯料(liao)产生轴向变形(xing)，并(bing)将其优先(xian)充填(tian)下模(mo)筋部(bu)等位(wei)置，并将(jiang)金(jin)属沿(yan)着(zhe)径(jing)向(xiang)运移(yi)流动(dong)直至充分(fen)充填(tian)环(huan)形(xing)垫(dian)板位(wei)置；由(you)于在充填(tian)过程(cheng)中(zhong)模具(ju)与坯(pi)料(liao)之(zhi)间(jian)的(de)相对接(jie)触面(mian)积(ji)较小(xiao)，加(jia)之金(jin)属流(liu)动(dong)变(bian)形速(su)度极(ji)快，因(yin)此在(zai)局部(bu)加(jia)载(zai)过(guo)程(cheng)中坯(pi)料的(de)热损(sun)失(shi)较(jiao)小，就可获(huo)得(de)工件预成形(xing)的零件(jian)。再完(wan)成(cheng)第(di)一(yi)步的(de)基础(chu)上，将(jiang)预成(cheng)形零件(jian)最终成(cheng)形(xing)，也就(jiu)是(shi)将棒材(cai)锻(duan)件(jian)中的(de)环(huan)形垫(dian)板和局(ju)部加(jia)载垫板取出，将预成形零件升(sheng)温(wen)至950℃条件(jian)下，并将其(qi)置(zhi)于下(xia)模腔(qiang)内进行(xing)最终(zhong)成(cheng)形(xing)处(chu)理(li)。在后(hou)期(qi)变(bian)形(xing)成(cheng)形(xing)处(chu)理过程中坯料的(de)厚(hou)度(du)逐(zhu)渐(jian)减薄，因此(ci)与(yu)模(mo)具(ju)的接触面积逐渐增(zeng)加。此外，由于(yu)最终(zhong)成(cheng)形过程中(zhong)温(wen)度降低速度过(guo)快，变形载荷(he)明(ming)显增加(jia)。
1.3 棒(bang)材(cai)热模(mo)锻(duan)造成形(xing)后显微组(zu)织特(te)征(zheng)
直至棒(bang)材(cai)热(re)模锻造(zao)成形的(de)两(liang)个(ge)重(zhong)要(yao)步骤(zhou)完(wan)成(cheng)后，对热(re)模锻(duan)造(zao)成(cheng)形后(hou)的锻(duan)件(jian)进(jin)行退(tui)火处理(li)，并对(dui)锻件进行(xing)了(le)显微(wei)组织(zhi)观(guan)察(cha)，在(zai)锻件(jian)中(zhong)可见少(shao)量初生(sheng)α 相(xiang)组(zu)织，呈等轴(zhou)状和条带状(zhuang)的(de)双(shuang)态(tai)组(zu)织(zhi)分(fen)布(bu)。
由于(yu)退火温度接近(jin)钛合金(jin)棒(bang)材(cai)的相变(bian)点，因(yin)此在(zai)钛(tai)合金(jin)显(xian)微(wei)组织(zhi)中初(chu)生(sheng)α 相含量相(xiang)对(dui)较少(shao)。对锻件进(jin)行(xing)缺(que)陷(xian)分(fen)析(xi)，最终在(zai)锻件内(nei)未发(fa)现明(ming)显(xian)的变形(xing)缺陷(xian)，说明(ming)使(shi)用该方(fang)法(fa)锻造获得(de)的棒材(cai)质量可(ke)靠(kao)[3]。
使用(yong)局(ju)部(bu)加(jia)载(zai)热(re)模锻(duan)造成形(xing)技术，与传统(tong)的锻造工(gong)艺相(xiang)比(bi)较，使用该技(ji)术(shu)方法(fa)使(shi)得原(yuan)材料(liao)的(de)利用率明显提高(gao)，极大(da)地(di)降低(di)了(le)材(cai)料(liao)浪(lang)费(fei)率，间(jian)接的(de)降(jiang)低(di)了锻造(zao)成本(ben)。综上(shang)所(suo)述(shu)，局(ju)部(bu)加(jia)载方(fang)式(shi)以及(ji)热(re)模(mo)锻(duan)造(zao)成形(xing)技(ji)术(shu)能够(gou)获(huo)得(de)质量(liang)可(ke)靠的(de)钛(tai)合(he)金(jin)产品其力学(xue)性(xing)能远远(yuan)优于(yu)设(she)计(ji)要(yao)求，能(neng)够(gou)满(man)足企业(ye)对钛合金棒(bang)材质(zhi)量的(de)基(ji)本(ben)要(yao)求(qiu)。
2、常见(jian)其他(ta)传统(tong)棒(bang)材热模(mo)锻造工艺(yi)简(jian)介
常见的(de)棒(bang)材热模(mo)锻造(zao)成形(xing)技术(shu)除局部(bu)加载(zai)成(cheng)形(xing)技(ji)术外，常(chang)见的锻(duan)造工(gong)艺(yi)包括(kuo)：① α ＋ β 锻(duan)造(zao)技术(shu)，该技(ji)术(shu)是(shi)在(zai)中等应(ying)变速(su)率(lv)条件(jian)下将(jiang)α 合(he)金或者α ＋ β 合金(jin)在(zai)β 转变(bian)温(wen)度下进(jin)行锻造(zao)的工(gong)艺(yi)技术(shu)，该(gai)技术具有成(cheng)本低、操(cao)作(zuo)简单(dan)的优(you)势(shi)，应用(yong)较(jiao)为(wei)广(guang)泛；该(gai)技术(shu)在(zai)锻造过(guo)程(cheng)中容易(yi)出现局(ju)部过(guo)热，容易(yi)造(zao)成(cheng)锻(duan)件(jian)表(biao)面产生(sheng)裂纹(wen)，但随着该技术(shu)锻造(zao)工艺(yi)的(de)改进(jin)，逐渐(jian)成功的锻造(zao)出了锻(duan)件精度高、表面光洁(jie)的成(cheng)品；② β 锻造(zao)技术，该(gai)技术(shu)是在β 相(xiang)的高温(wen)条(tiao)件下(xia)对钛(tai)合金完成(cheng)锻(duan)造(zao)过程(cheng)，具有(you)锻件(jian)精(jing)度(du)高(gao)、变形(xing)抗(kang)力小(xiao)的(de)优势(shi)，显著的提(ti)高(gao)了(le)锻件(jian)的(de)寿命(ming)；钛(tai)合金(jin)显微(wei)组(zu)织(zhi)中的α 相(xiang)晶界(jie)面明(ming)显增(zeng)大，多呈(cheng)网篮(lan)组织，提(ti)高(gao)了(le)钛合(he)金(jin)的抗蠕变(bian)性能(neng)和(he)强(qiang)度(du)；③亚β 锻(duan)造技(ji)术(shu)，是将(jiang)锻件(jian)在β 相区(qu)加(jia)热处(chu)理而锻(duan)造(zao)成形过(guo)程(cheng)却在两(liang)相(xiang)区(qu)内(nei)完(wan)成的(de)锻(duan)造(zao)工艺，该技(ji)术具(ju)有与β 锻(duan)造(zao)相(xiang)似(shi)的(de)特征(zheng)，在(zai)锻造(zao)过(guo)程(cheng)中主要(yao)是(shi)将(jiang)边界(jie)α 相先破碎，使(shi)得边(bian)界(jie)区(qu)域的(de)α 相逐(zhu)渐向α 等轴(zhou)化转(zhuan)变(bian)，进而(er)提(ti)高了(le)钛合(he)金(jin)整体性能(neng)。
3、 结(jie)语
综(zong)上所(suo)述，钛合金棒材(cai)因(yin)具有优(you)越的性能在现代(dai)化(hua)各领(ling)域(yu)中具有广(guang)阔的应用前景，加(jia)强钛(tai)合金锻(duan)造成形工(gong)艺的研(yan)究工(gong)作(zuo)有(you)助(zhu)于(yu)推(tui)动钛合(he)金(jin)材料(liao)向(xiang)更(geng)多的领(ling)域(yu)发(fa)展。文(wen)章以钛合金(jin)棒材(cai)的热(re)模(mo)锻造成(cheng)形(xing)技术为着手点，从(cong)2 个(ge)方(fang)面分析了局部加(jia)载(zai)热(re)模锻造成形(xing)技术的优(you)势(shi)，并(bing)对(dui)锻件(jian)进行了力(li)学(xue)性(xing)能(neng)和(he)显微(wei)组织(zhi)分(fen)析(xi)，认为(wei)本文所(suo)选用的加载方(fang)式(shi)以及(ji)热模锻造成形(xing)技术能够获(huo)得(de)质(zhi)量可靠的钛合金(jin)产(chan)品(pin)，其(qi)力学性(xing)能远远优(you)于设(she)计要求，能(neng)够满(man)足(zu)企(qi)业(ye)对(dui)钛合金(jin)棒材(cai)质(zhi)量的(de)基本(ben)要(yao)求(qiu)。
参(can)考文(wen)献(xian)：
[1] 李(li)梁(liang), 刘(liu)希(xi)林(lin). 钛(tai)合(he)金膜板(ban)类(lei)锻(duan)件热模锻造(zao)成(cheng)形技术(shu)研究[J]. 锻(duan)压(ya)技(ji)术,2010,35(06):11-13.
[2] 高峻(jun), 李淼(miao)泉. 精密(mi)锻造技术(shu)的研(yan)究(jiu)进(jin)展与发(fa)展(zhan)趋势(shi)[J]. 精(jing)密成形工(gong)程(cheng),2015,7(06):37-43+80.
[3] 吴(wu)瑞(rui)恒(heng). GH4169 合金(jin)热模(mo)锻(duan)件成形过程的计(ji)算(suan)机(ji)模(mo)拟(ni)[C]. 中(zhong)国体视(shi)学学会(hui),2005:59.
相关(guan)链(lian)接
