TC18鈦合金棒材的鍛造模具預(yù)熱及工藝研究

TC18鈦合金名義成分為Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe，是一種高強(qiáng)、高韌鈦合金。合金突出的優(yōu)點(diǎn)是在退火狀態(tài)下即具有很高的強(qiáng)度水平（1080MPa），采用強(qiáng)化熱處理后強(qiáng)度可達(dá)到1300MPa。并且淬透性極佳，截面淬透厚度可達(dá)250mm，由于截面厚度不受淬透性限制，特別適合制造飛機(jī)大型承力構(gòu)件，這也是TC18鈦合金最突出的優(yōu)點(diǎn)，其能采用普通低成本模鍛（在模鍛錘上進(jìn)行）、熱模鍛和等溫模鍛等多種工藝生產(chǎn)出接近最終形狀的鍛件。該合金在伊爾-76等飛機(jī)上獲得了大量應(yīng)用。

為使鍛造順利進(jìn)行，并減少鍛造過程中金屬的溫降，尤其是減少坯料表面激冷，鍛造鈦合金的模具需要預(yù)熱。否則，金屬的溫降和表面激冷將使金屬不能很好地填充模具型槽及有可能導(dǎo)致很多裂紋。用于鈦合金鍛造的模具預(yù)熱系統(tǒng)通常是可拆式的，但有時(shí)也采用裝在壓力機(jī)上的加熱裝置。可拆式模具加熱系統(tǒng)通常是燃?xì)饧訜崞?，它可以在模塊裝配到鍛造設(shè)備之前將模具緩慢加熱到所需溫度區(qū)間。固演在壓力機(jī)上的加熱裝置通常采用感應(yīng)加熱或電阻加熱。有一些鈦合金常規(guī)鍛造工藝中，特別是在液壓機(jī)上鍛造時(shí)，模具溫度在鍛造中將不斷升高，若沒有合適的冷卻，模具可能發(fā)生損壞。所以在鍛造過程中鍛模常用濕蒸氣、空氣或偶爾用水冷卻。

科研人員通過對(duì)TC18鈦合金鑄錠經(jīng)β區(qū)開坯，然后采用3種不同鍛造工藝得到Ф400mm鈦棒，并對(duì)所得棒材進(jìn)行相同熱處理后，對(duì)獲得的顯微組織、力學(xué)性能等結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析研究，從而獲得TC18鈦合金大規(guī)格棒材理想的鍛造工藝。試驗(yàn)采用三次真空自耗電弧爐熔煉的Ф804mm、錠重為4000 kg鑄錠。（α＋β）/β相轉(zhuǎn)變溫度為860～870℃。對(duì)該鑄錠在β區(qū)加熱，采用水壓機(jī)開坯鍛造，再采用不同鍛造工藝，經(jīng)過多火次在單相區(qū)或α＋β區(qū)加熱鍛造，最終鍛造成為Ф400mm棒材。對(duì)所得鈦棒進(jìn)行相同熱處理后取樣進(jìn)行組織、性能檢測(cè)。詳細(xì)工藝方案如下：工藝一：開坯＋高低高＋30%兩相區(qū)變形；工藝二：開坯＋高低高＋70%～85%兩相區(qū)變形；工藝三：開坯＋高低高、水淬＋70%～85%兩相區(qū)變形。研究結(jié)果表明：（1）采用工藝三（開坯＋高低高、水淬＋70%～85%兩相區(qū)變形鍛造工藝）所得Ф400mm鈦棒材顯微組織與其他兩種工藝方案相比較，顯微組織均勻性和細(xì)化程度均優(yōu)于其他方案。（2）采用工藝三（開坯＋高低高、水淬＋70%～85%兩相區(qū)變形鍛造工藝）所得Ф400mm棒材由于細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)制影響，在保證塑性指標(biāo)的情況下，獲得的強(qiáng)度指標(biāo)最高。又由于工藝三所得晶粒細(xì)小均勻，裂紋擴(kuò)展所經(jīng)過途徑增長，使該工藝所得斷裂韌性指標(biāo)明顯增加，綜合性能最好。