锻件锻造工艺

TC18钛合金是一种近型高强度高韧性钛合金。其名义成分为Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe。其钼当量高达12.6。它是一种高合金钛合金。锻造变形过程中的阻力比普通合金大，变形容易产生不均匀的组织。其T相变点一般为（87020），锻造温度一般为T-（20~60），锻造变形温度范围极窄。因此，结合TC18在锻造变形时的特点，在合适的温度加热后，钢锭下料和棒材锻造均采用80/100MN液压快锻机进行，以有效控制变形量和道次变形。在锻造过程中。变形率等工艺参数。整个棒材毛坯采用特定的加热工艺和镦粗拉拔工艺锻造而成。工艺方案示意图如图2所示，相区加热温度为T+(40100)，+相区加热温度为T-(2060) 。经过多次加热锻造，锻制成350450mm规格。栏空白。然后用带锯切割棒材毛坯，用31.5MN液压机锻造出半球形锻件的圆饼毛坯。饼坯的厚度和直径由半球形锻件的尺寸决定。饼坯应进行机械加工，除去氧化皮并锻打。无损检测时应消除缺陷，保证表面粗糙度Ra3.2m。同时应保证锻件在模锻过程中不会因饼坯表面缺陷而产生裂纹而报废。

图2 TC18钛合金棒材毛坯锻造工艺

用于锻造半球形锻件的轮胎模具简化图如图3所示。模具的主要结构分为凸模、导套和凹模。凹模上端加工有定位槽。半球形锻件定位槽的深度与饼坯厚度相同，直径略大于饼坯。定位槽的作用主要是在模锻前和模锻变形初期对饼坯进行定位，保证整个变形的起点是从饼坯的中心开始的。导套在冲头施压的同时向下移动，保证锻件在整个锻件成形过程中不会偏斜、移位。模锻时，凸模固定在锻压机的上砧上，凹模置于凸模的正下方，与凸模配合使用。整个模锻过程的锻造速度由锻压机控制。为了保证半球形锻件的成形性能和表面质量，避免在拉应力较大的边缘产生撕裂缺陷，在整个锻件变形过程中应严格控制压下率，并尽可能保持均匀。另外，模锻前应做好模具预热和润滑保护工作。模具预热温度可根据情况在200600之间选择。润滑可采用石墨粉或二硫化钼等常用的锻造润滑剂。在与锻件接触的模具内壁均匀涂抹润滑剂，不仅可以有效减少变形过程中的摩擦，提高成形过程中金属的流动性，减少锻件表面产生裂纹的概率减少，也有利于半球形锻件锻后脱模。

实际

锻件成形性分析

TC18钛合金半球形锻件如图4所示。本次试验共试制3件TC18钛合金半球形锻件。从试制条件和结果来看，TC18钛合金在锻造半球形锻件时具有良好的成形性能，成形过程稳定。整个试验过程中的平均锻造力不高于20MN。 TC18钛合金半球锻件成形后形状规整，没有明显的锻件偏斜。底端圆周方向的“压力残留”和“飞边”形状对称，厚度均匀。锻件内腔、外表面无明显裂纹、折叠或其他缺陷。整个模锻过程不仅稳定可控，而且易于执行。表明本试验制定的模锻工艺方案合理可行。

图3 半球形钛合金锻件成型所用模具示意图

对解剖零件进行测量发现，锻件的整体圆度完全满足成品锻件的加工要求，锻件内腔的形状和尺寸与凸模的形状和尺寸高度一致。经过多点测量，发现锻件壁厚存在一定差异。壁厚的最大点位于底部压力允许范围附近，最小点位于半球顶部附近。最大点和最小点的壁厚差为5mm。分析表明，壁厚差异与饼坯的变形规律一致。冲头顶部优先接触饼坯的中心区域。在压应力的作用下，饼坯的中心区域首先发生塑性变形，然后饼坯的中心区域在压应力和拉力的作用下发生塑性变形。在应力的共同作用下，周围毛坯逐渐沿轴向和径向发生塑性变形。当塑性变形停止时，即锻件完全成形时，毛坯与凸模顶部接触的区域是变形最大的区域，而底端是变形最小的区域，底部壁厚基本接近饼坯厚度。因此，在设计半球锻件所需饼坯尺寸时，必须考虑塑性变形引起的半球顶部壁厚的减少，以便为成品的后续加工留出足够的加工余量。

锻件显微组织

TC18钛合金半球形锻件在图1中的三个位置取样进行显微组织测试。三个位置处的轴向显微组织如图5所示，弦向显微组织如图6所示。

从图5和图6可以看出，TC18钛合金半球锻件两个方向的显微组织均为+两相区加工组织。结构类型为典型的等轴结构。整体结构精细、分布。组织等轴度均匀且高度。初生相全部呈粒状或短棒状，无长相，原晶界上无连续、直的相。初生相含量平均约为40%。可以看出，半球形锻件整体锻造变形比较充分，变形均匀，纵向和横向差异较小。变形过程中原始晶粒充分破碎，初生相也具有良好的球化效果。

图4 半球形锻件实景图

图5 TC18钛合金锻件轴向显微组织

图6 TC18钛合金锻件的弦状显微组织

对比图5和图6可以看出，锻件不同位置的轴向或弦向组织基本相同。模锻时变形最小的A点和变形最大的C点具有基本相同的组织类型和相组成。对比图5和图6还可以看出，A、B、C点同一位置的轴、弦结构基本一致，组织形态、相组成、尺寸等均无明显差异。和相的分布。表明轮胎锻造过程中产生的塑性变形量或累积变形量的不等量，不会造成锻件不同位置的组织明显差异，也不会对同一点不同方向的组织产生显着影响。那么，根据钛合金的“组织继承性”，可以确定锻件成品的组织形态基本上继承自饼坯的组织形态。也就是说，饼坯的制备工艺对成品锻件的组织具有决定性的影响。此类钛合金锻件的工艺设计和成形过程中应注意这一点。

力学性能

在图1中的D和E位置切割多个机械性能样品。使用表2中的三个选项进行热处理后，测试其室温机械性能。室温力学性能测试结果如表3和图7所示。

由表3和图7可以看出，采用双重热处理时，随着时效温度的升高，TC18钛合金半球锻件的室温拉伸强度呈现下降趋势，而塑性和韧性呈现上升趋势。当时效温度从575升高到585时，室温拉伸强度、塑性、韧性变化不大；但当时效温度从585升高到595时，拉伸强度和屈服强度显着下降。平均降低约3%，而伸长率和断面收缩率显着提高，分别提高29%和9%，冲击韧性提高40%以上。可见，750/2h·AC+595/6h·AC热处理可使TC18钛合金半球锻件获得良好的强韧性匹配。

表2 TC18半球锻件热处理制度

表3 TC18半球形锻件室温力学性能

图7 热处理制度对TC18钛合金锻件室温性能的影响