鍛造溫度對(duì)TC25 鈦合金鍛件組織及性能的影響

TC25鈦合金是蘇聯(lián)于1971年研制的一種綜合性能優(yōu)良的Ti-Al-Sn-Zr-Mo-W-Si 系α+β 型熱強(qiáng)鈦合金，它兼有BT9 鈦合金的高熱強(qiáng)性和BT8 鈦合金的熱穩(wěn)定性，適合在500 ～550℃長(zhǎng)時(shí)間工作；加工性能良好，是用于發(fā)動(dòng)機(jī)的理想熱強(qiáng)鈦合金，被廣泛應(yīng)用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤件。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)用機(jī)匣類鍛件多為關(guān)重件，其品質(zhì)關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)工作的安全性和可靠性。查閱了小型鍛造廠10 余批機(jī)匣鍛件的生產(chǎn)檔案記錄，發(fā)現(xiàn)鍛件所用原材料相變點(diǎn)在1007 ～1028℃范圍內(nèi)變化，鍛造溫度均為相變點(diǎn)下35℃，且在鍛件生產(chǎn)過程中加熱溫度始終保持不變，所生產(chǎn)的鍛件存在組織性能匹配不良，甚至高溫強(qiáng)度不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的現(xiàn)象，這影響到了發(fā)動(dòng)機(jī)用鍛件的安全使用。H. J. Henning &P. D. Frost 研究了TC4 合金等軸α 相含量對(duì)性能的影響發(fā)現(xiàn)：組織中等軸α 相含量為零或太多時(shí)，均會(huì)抑制材料某些性能的發(fā)揮，例如屈服強(qiáng)度降低等。薛強(qiáng)等研究了α 相形態(tài)與含量對(duì)TA15 鈦合金力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明：初生α 相含量增加，合金強(qiáng)度有所下降。當(dāng)初生α 相含量高于40%后，含量再增加對(duì)合金塑性提升并無益處。因此，只有當(dāng)α相含量處于合適的范圍時(shí)，才能得到較好的綜合力學(xué)性能。

地球上的各個(gè)生態(tài)圈都是相互聯(lián)系、互相依存的，一個(gè)地區(qū)發(fā)生變化，另一個(gè)地區(qū)就會(huì)受到相應(yīng)的影響。極地的變化勢(shì)必會(huì)對(duì)全球氣候、生態(tài)環(huán)境等產(chǎn)生巨大的影響。了解清楚才能未雨綢繆，做好應(yīng)對(duì)之策。中國(guó)科學(xué)家正在為此努力著。

影響等軸α 含量的因素主要有：材料化學(xué)成分不均勻性；爐內(nèi)溫度的不均勻性；變形熱效應(yīng)引起變形體內(nèi)溫度場(chǎng)變化。當(dāng)原材料和變形量確定時(shí)，α含量主要取決于鍛造加熱溫度。本文以某型號(hào)某機(jī)匣鍛件為研究對(duì)象，通過探究鍛造加熱溫度對(duì)TC25 鈦合金環(huán)件組織和力學(xué)性能的影響，為TC25 鈦合金鍛件獲得良好的組織和性能提供理論與實(shí)踐依據(jù)。

全面預(yù)算的編制和執(zhí)行基本上是企業(yè)內(nèi)部所有資源的重新分配?？梢詢?yōu)化企業(yè)內(nèi)部有限的資源配置，達(dá)到最佳的使用效果，確保企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。隨著管理方法的不斷創(chuàng)新，企業(yè)通過編制和實(shí)施業(yè)務(wù)預(yù)算、資金計(jì)劃、資本預(yù)算和財(cái)務(wù)預(yù)算，逐步從不同層面對(duì)各種業(yè)務(wù)活動(dòng)進(jìn)行全面監(jiān)控，從而確保企業(yè)內(nèi)部資源的規(guī)劃和協(xié)調(diào)。通過有效整合各種經(jīng)濟(jì)資源，形成強(qiáng)大有序的合力，既避免了資源的浪費(fèi)，又保證了資源的配置，保證了良好的經(jīng)濟(jì)效益，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)及過程

試驗(yàn)材料

采用A、B 兩種鍛造加熱方案各生產(chǎn)1 件試驗(yàn)件，分別記為鍛件A 和鍛件B，鍛件熱處理后檢測(cè)高倍組織及弦向力學(xué)性能。原材料在995℃下的高倍組織和鍛件高倍組織見圖4，鍛件室溫力學(xué)性能、高溫力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能對(duì)比分別如表6、表7、表8 所示，此外兩試驗(yàn)件在500℃、550℃下的高溫持久性能皆符合要求。

試驗(yàn)工藝與熱處理制度

結(jié)合表6、表7、表8 可以看出，相較于鍛件A，鍛件B 的室溫抗拉強(qiáng)度和熱穩(wěn)定拉伸強(qiáng)度分別提高了約65MPa和50MPa，增幅明顯，斷后伸長(zhǎng)率略有降低，沖擊性能基本持平；與此同時(shí)，鍛件A 在 500℃加熱情況下抗拉強(qiáng)度為722MPa、719MPa，550℃時(shí)抗拉強(qiáng)度有一個(gè)試樣為682MPa，均不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，甚至低于原材料強(qiáng)度。相比于鍛件A，鍛件B 在 500℃加熱情況下抗拉強(qiáng)度提高了約40MPa，斷后伸長(zhǎng)率略有提高；550℃時(shí)抗拉強(qiáng)度提高了約30MPa，斷后伸長(zhǎng)率略有下降。在拉應(yīng)力作用下，當(dāng)外加應(yīng)力大于位錯(cuò)開動(dòng)的臨界應(yīng)力時(shí)，位錯(cuò)便開始運(yùn)動(dòng)。在位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的過程中，組織中等軸α 相、短條狀或細(xì)長(zhǎng)條狀α相含量不同，α 界面阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的能力不同。由于鍛件B 中的短條狀或細(xì)長(zhǎng)條α 相含量大于鍛件A，即前者的α 界面多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力大，所以宏觀上表現(xiàn)為前者的強(qiáng)度高。

試驗(yàn)方案

3.3 后期編輯 利用后期編輯軟件Camtasia Studio將各個(gè)分鏡頭組接起來，配上背景音樂，最后導(dǎo)出mp4格式的視頻。

本試驗(yàn)思路為：鍛件生產(chǎn)前在原材料棒材上切取

200mm×20mm的低倍片進(jìn)行空燒，將初始等軸α含量控制在25%～35%，此時(shí)的空燒溫度記為T

，本試驗(yàn)測(cè)得T

為995℃，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了A、B 兩種鍛造加熱方案(表5)。由表5 可知，兩種加熱方案的鐓粗工序加熱溫度均適當(dāng)降低，這是由于棒料鐓粗時(shí)變形較為劇烈，適當(dāng)降低溫度可預(yù)防坯料心部過熱、過燒現(xiàn)象。

試驗(yàn)結(jié)果及分析

本研究所用原材料為西部鈦業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的

200mm 的TC25 鈦合金棒材，化學(xué)成分如表1所示，棒材高倍組織如圖1 所示，棒材性能見表2、表3 及表4，用金相法測(cè)得相變點(diǎn)為1009℃。由圖1可以看出，試驗(yàn)所用原材料高倍組織為等軸組織，等軸α 相分布不均勻。由表2、表3、表4 可以看出，原材料性能均符合原材料標(biāo)準(zhǔn)要求，但富余量不大，因此，本試驗(yàn)所用原材料為復(fù)驗(yàn)合格料，但整體水平偏低。

從圖4 中可以看出，鍛件A 和鍛件B 的顯微組織特征均為在β 轉(zhuǎn)變基體上分布著等軸α 相。鍛件A 的等軸α 相含量達(dá)到了55%，次生α 相所占比例較小，為典型的等軸組織，相較于原材料在995℃下的組織，等軸α 相含量明顯增多。這是由于在鐓粗及馬擴(kuò)工序鍛造加熱溫度較低，鍛造過程中產(chǎn)生的部分等軸α 相顆粒未能溶解。鍛件B 的等軸α 相含量約為35%，并有少量的短條狀α 相，且次生α相所占比例較大，尺寸更長(zhǎng)更細(xì)，分布更為均勻彌散，為典型的雙態(tài)組織，相較于原材料在995℃下的組織，等軸α 相含量基本持平，這是由于馬擴(kuò)工序提高了鍛造溫度，鍛造過程中產(chǎn)生的部分等軸α 相顆粒逐漸溶解，使得合金中等軸α 相數(shù)量減少。同時(shí)，由于初生α 相的溶解，未轉(zhuǎn)變?chǔ)?基體含量和飽和度增大，從而增大析出次生α 相的驅(qū)動(dòng)力，使得次生α 相隨著加熱溫度的升高而增多并變得更加細(xì)小而彌散。

TC25 鈦合金環(huán)件的主要生產(chǎn)工序?yàn)椋涸牧蠌?fù)驗(yàn)→下料→加熱→鍛造→熱處理→理化測(cè)試→入庫。鍛件各工序變形量設(shè)定的基本原則為：在鍛透的前提下盡量保證終鍛溫度，同時(shí)變形體內(nèi)部不能出現(xiàn)劇烈溫升，為了確保試驗(yàn)順利進(jìn)行，對(duì)鐓餅和終擴(kuò)工序進(jìn)行了模擬，分別如圖2 和圖3 所示。根據(jù)鍛件驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)Q/S 12.2402 及相關(guān)資料，本試驗(yàn)鍛件熱處理制度為：一次退火，(900 ～980℃)×(90 ～100min)，空冷；二次退火，(500 ～540℃)×(300 ～360min)，空冷。

試驗(yàn)結(jié)論及操作要點(diǎn)

⑴等軸α 相含量隨著鍛造溫度的提高而減少。坯料在較低溫度下進(jìn)行鐓粗、在較高溫度下進(jìn)行馬擴(kuò)和擴(kuò)孔能有效控制鍛件等軸α 相含量并改善組織均勻性；在較低溫度下進(jìn)行鐓粗和馬擴(kuò)、在較高溫度下進(jìn)行擴(kuò)孔會(huì)造成等軸α 相偏多。

來諭極見善疑，然以他人言之，似不必，疑於吾輩，則又過疑矣。夫所謂飲酒茹葷與不能純一警惕者，是今之常也，斬關(guān)而責(zé)穿窬，兄亦誤矣。若吾輩則應(yīng)期所謂濫醉猶可祀天地者也，而況于實(shí)未嘗飲乎？然所謂作官與此相似者，則深為有理，似亦不必質(zhì)于蒙而后解疑也。草草奉答，辭涉于戲，請(qǐng)勿多疑。(《中峰集》卷六)

⑵等軸α 相含量對(duì)TC25 鈦合金鍛件的力學(xué)性能有較大影響，當(dāng)?shù)容Sα 相含量約為35%時(shí)，可以得到優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。隨著等軸α 相含量的增加，室溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度均顯著降低，而塑性無明顯變化；當(dāng)?shù)容Sα 相含量達(dá)到約55%時(shí)，高溫強(qiáng)度不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

⑶鍛件生產(chǎn)前先對(duì)同爐號(hào)低倍片進(jìn)行隨爐空燒，將等軸α 相含量控制在25%～35%，鐓餅工序加熱溫度在此空燒溫度基礎(chǔ)上適當(dāng)降低，鍛造工序均按空燒溫度加熱。