新工藝鍛造對航空用大規(guī)格TC11鈦合金棒材性能的影響

發(fā)布時(shí)間： 2023-06-19 06:45:52 瀏覽次數(shù)：

TC11鈦合金是一種綜合性能良好的α+β型熱強(qiáng)鈦合金，其名義成分為Ti-6.5Al-33.5Mo-1.5Zr-0.3Si。該合金在500℃以下具有優(yōu)異的熱強(qiáng)性能，并且具有較高的室溫強(qiáng)度，主要應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)的壓氣機(jī)盤、葉片、鼓筒等零件，也可用于制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)件。TC11鈦合金大規(guī)格棒材鍛造時(shí)，坯料單重大，具有變形抗力大、鍛透性差等特點(diǎn)，存在組織均勻性差，超聲波探傷合格率低等問題。通過采用多種變形方式交替的鍛造工藝，改善了TC11大規(guī)格棒材組織均勻性，提高了超聲波探傷合格率。

1、實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)材料

采用三次真空自耗電弧爐熔煉的TC11鈦合金φ720mm鑄錠，其化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T3620.1-2007要求。金相法測得該合金的β轉(zhuǎn)變溫度（相變點(diǎn)，T_β轉(zhuǎn)）為1000~1005℃。

1.2實(shí)驗(yàn)工藝及過程分析

鍛造設(shè)備為25MN快鍛機(jī)。工藝流程為：鑄錠-->β區(qū)開坯鍛造-->β區(qū)墩拔-->α+β區(qū)墩拔-- > 區(qū)成型-->取樣-->試樣熱處理-->機(jī)加-->超聲波探傷。

常規(guī)鍛造工藝（原工藝）在墩拔時(shí)的變形方式為方截面墩粗、拔長（圖1）。

根據(jù)最小周邊法則，坯料在鐓粗時(shí)，其斷面形狀將趨于圓形；根據(jù)最小阻力定律，坯料的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)都沿其最小阻力即最短法線方向移動。由圖1可以看出，原丁藝坯料各個(gè)區(qū)域的變形量不盡相同，而變形量的差異又會導(dǎo)致組織差異。

矩形截面坯料在平砧間拔長時(shí)的每一次壓縮，其內(nèi)部的變形情況與鐓粗很相似，同樣存在變形不均勻的現(xiàn)象。

原常規(guī)鍛造工藝生產(chǎn)φ200mm棒材的顯微組織見圖2、可以看出，組織均勻性較差，具有一定的方向性。

為了避免常規(guī)鍛造變形時(shí)的不均勻現(xiàn)象，在鐓粗時(shí)采取了圓形坯料鐓粗的方式(圖3)。在拔長時(shí)采用圓形、矩形、棱形、六邊形、方形、圓形交替的變形方式(圖4)。其改進(jìn)后的工藝稱為新工藝。原工藝與新工藝鐓拔方式及火次見表1。

采用圓形坯料鐓粗時(shí)，最小阻力方向即是的半徑方向。能夠有效避免矩形截面變形不均勻的問題。拔長時(shí)通過截面形狀的交替變化從而實(shí)現(xiàn)坯料各個(gè)部位的均勻變形，減少變形死，改善組織均勻性。

通過上述新工藝路線制備成品尺寸為+φ200mm的棒材6批次。每批任取兩支棒材切取厚度為20mm的試樣，試樣熱處理制度為：950℃保溫60min／AC+530℃保溫360min／AC采用箱式電阻爐(爐溫控溫精度±5℃)對試樣進(jìn)仃熱處理，在熱處理過的試樣上檢測室溫拉伸、高溫拉伸、持久性能及微組織。棒材按照GB／T5l93.2007 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行100％超聲探傷。

2、結(jié)果與分析

2.1棒材低倍

原常規(guī)鍛造工藝生產(chǎn)φ200mm的棒材的低倍組織按GJB2744A-2007圖1評級為3～5級，新工藝低倍組織評級見表2。