鍛造變形方式對航空發(fā)動機用TC11鈦合金棒材性能的影響

發(fā)布日期：2023-12-1 23:27:30

TC11鈦合金是一種綜合性能良好的α+β型熱強鈦合金.其名義成分為Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si。該合金在500℃以下具有優(yōu)異的熱強性能，并且具有較高的室溫強度，主要應用于航空發(fā)動機的壓氣機盤、葉片、鼓筒等零件，也可用于制造飛機結(jié)構(gòu)件[1]。TC11鈦合金大規(guī)格棒材鍛造時，坯料單重大，具有變形抗力大、鍛透性差等特點，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。

鈦合金棒

1、實驗

1.1實驗材料

采用次真空白耗電弧爐熔煉的TC11鈦合金φ720mm鑄錠，其化學成分符合標準GB／T3620.1-2007121要求。金相法測得該合金的β轉(zhuǎn)變溫度(相變點，轉(zhuǎn))為1000~1005℃。

1.2實驗工藝及過程分析

鍛造設(shè)備為25MN快鍛機。工藝流程為：鑄錠一β區(qū)開坯鍛造一β區(qū)鐓拔---α+β區(qū)鐓拔---α+β區(qū)成型一取樣一試樣熱處理一機加一超聲波探傷。

常規(guī)鍛造工藝(原工藝)在鐓拔時的變形方式為方截面鐓粗、拔長(圖1)。

根據(jù)最小周邊法則，坯料在鐓粗時，其斷面形狀將趨于圓形；根據(jù)最小阻力定律，坯料的每一個質(zhì)點都沿其最小阻力即最短法線方向移動[3]。由圖1可以看出，原丁藝坯料各個區(qū)域的變形量不盡相同，而變形量的差異又會導致組織差異。

矩形截面坯料在平砧間拔長時的每一次壓縮，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[4]。

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)鍛造變形時的不均勻現(xiàn)象，在鐓粗時采取了圓形坯料鐓粗的方式(圖3)。在拔長時采用圓形、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，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。拔長時通過截面形狀的交替變化從而實現(xiàn)坯料各個部位的均勻變形，減少變形死區(qū)，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／T5l93.20071[5]標準進行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。