TC25 鈦合金鍛造工藝研究

文／宗師，劉保亮，馮曉花·西安三角防務(wù)股份有限公司

TC25 鈦合金是20 世紀(jì)70 年代初前蘇聯(lián)研制的一種熱強(qiáng)鈦合金，俄牌號(hào)是BT25，該合金的名義成分為：Ti-6.8Al-1.7Zr-2Sn-2Mo-0.7W-0.2Si， 屬 于Ti-Al-Zr-Sn-Mo-W-Si 系 的 變形馬氏體型α+β 兩相鈦合金。合金中含有鉬、鎢等高熔點(diǎn)的元素，熱強(qiáng)性、耐熱性很好，使用溫度達(dá)到550℃，其使用壽命可達(dá)3000h，所以該合金主要被用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)盤的制造。

基于某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)盤鍛件的試制任務(wù)，開展TC25 鈦合金鍛造工藝研究。利用鍛造工藝影響組織，而組織又與性能、探傷結(jié)果密切相關(guān)這一原理，通過選用不同的鍛造工藝參數(shù)，研究了TC25鈦合金鍛件的顯微組織、力學(xué)性能、探傷結(jié)果的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了TC25 合金鍛造工藝參數(shù)的最優(yōu)選取。

試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料采用西部超導(dǎo)材料科技有限公司生產(chǎn)的φ250mm 規(guī)格TC25 鈦合金棒材，熔煉方式為真空自耗電弧爐三次熔煉。原材料經(jīng)過入廠復(fù)驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

試驗(yàn)方法

用鋸床按工藝要求長(zhǎng)度對(duì)棒材進(jìn)行下料，隨后在三種不同鍛造加熱溫度參數(shù)下進(jìn)行鍛造，具體鍛造工藝方案如下。

方案一：(Tβ-40)℃保溫100min 后，升溫至(Tβ+15)℃保溫45min，出爐鍛造。

方案二：(Tβ-40)℃保溫100min 后，升溫至(Tβ+20)℃保溫45min，出爐鍛造。

方案三：(Tβ-40)℃保溫100min 后，升溫至(Tβ+30)℃保溫45min，出爐鍛造。

三件TC25 鈦合金棒材鍛造完成后，按相同熱處理制度進(jìn)行雙重退火。隨后對(duì)三件鍛件開展解剖試驗(yàn)分析，分別對(duì)其顯微組織、力學(xué)性能、探傷水平進(jìn)行測(cè)試。水浸探傷在以色列LS-200LP 型全自動(dòng)超聲波C 掃描設(shè)備上進(jìn)行，顯微組織檢查在OLYMPUS/GX53型光學(xué)顯微鏡上進(jìn)行，力學(xué)性能測(cè)試在美國(guó)INSTRON 5985 型電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。

試驗(yàn)結(jié)果及分析

鍛造工藝參數(shù)對(duì)TC25鈦合金鍛件顯微組織的影響

對(duì)三種鍛造工藝所得到的TC25 鈦合金鍛件進(jìn)行顯微組織檢測(cè)，得到的顯微組織如圖1 所示。

從圖1 可以看出，TC25 鈦合金在β 相變點(diǎn)上15℃鍛造后的顯微組織為含有少量初生等軸α 相的網(wǎng)籃組織，并且網(wǎng)籃比較短碎；在β 相變點(diǎn)上20℃鍛造后的顯微組織為典型的網(wǎng)籃組織，且內(nèi)部編織情況比較理想；在β 相變點(diǎn)上30℃鍛造后的顯微組織同為網(wǎng)籃組織，但網(wǎng)籃編織不理想，α 片層較厚且呈平行排列。

圖1 TC25 鈦合金鍛件不同鍛造工藝下的顯微組織

鍛造工藝參數(shù)對(duì)TC25鈦合金鍛件探傷結(jié)果的影響

分別對(duì)三種鍛造工藝所得到的TC25 鈦合金鍛件進(jìn)行水浸探傷，得到的探傷結(jié)果如表1 所示。

從表1 可以看出，TC25 鈦合金鍛件的探傷結(jié)果，隨著鍛造溫度的升高，噪聲與底波損失逐漸升高，但差距不大，都符合鍛件標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 TC25 鈦合金鍛件不同鍛造工藝下的探傷結(jié)果

鍛造工藝參數(shù)對(duì)TC25鈦合金鍛件力學(xué)性能的影響

三種鍛造工藝所得到的TC25 鈦合金鍛件力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表2 ～表4 所示。

通過對(duì)比表2 ～表4 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出，采用β 相變點(diǎn)上20℃工藝方案鍛造的TC25 鈦合金鍛件室溫拉伸、高溫拉伸、熱穩(wěn)定等綜合性能最優(yōu)。這主要是由于采用該工藝方案生產(chǎn)的鍛件得到了理想的網(wǎng)籃組織，從而保證了鍛件性能的最佳匹配；而其余兩種工藝方案生產(chǎn)的鍛件顯微組織照片中網(wǎng)籃編織不理想，并存在網(wǎng)籃短碎、α 片層較厚且呈平行排列等問題，造成了其力學(xué)性能不佳的結(jié)果。

表2 TC25 鈦合金鍛件不同鍛造工藝下的室溫拉伸性能

表3 TC25 鈦合金鍛件不同鍛造工藝下的高溫拉伸性能

表4 TC25 鈦合金鍛件不同鍛造工藝下的熱穩(wěn)定性能

結(jié)束語

采用β 相變點(diǎn)上20℃鍛造的TC25 鈦合金鍛件顯微組織為典型的網(wǎng)籃組織，且內(nèi)部編織情況比較理想，室溫拉伸、550℃高溫拉伸、熱穩(wěn)定等性能均較好，采用該鍛造工藝參數(shù)可生產(chǎn)出符合鍛件標(biāo)準(zhǔn)且綜合性能匹配最優(yōu)的鍛件。