TC18鈦合金棒材的鍛造模具預熱及工藝研究

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

為使鍛造順利進行，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致很多裂紋。用于鈦合金鍛造的模具預熱系統通常是可拆式的，但有時也采用裝在壓力機上的加熱裝置。可拆式模具加熱系統通常是燃氣加熱器，它可以在模塊裝配到鍛造設備之前將模具緩慢加熱到所需溫度區間。固演在壓力機上的加熱裝置通常采用感應加熱或電阻加熱。有一些鈦合金常規鍛造工藝中，特別是在液壓機上鍛造時，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TC18鈦合金鑄錠經β區開坯，然后采用3種不同鍛造工藝得到Ф400mm鈦棒，并對所得棒材進行相同熱處理后，對獲得的顯微組織、力學性能等結果進行對比分析研究，從而獲得TC18鈦合金大規格棒材理想的鍛造工藝。試驗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相轉變溫度為860～870℃。對該鑄錠在β區加熱，采用水壓機開坯鍛造，再采用不同鍛造工藝，經過多火次在單相區或α＋β區加熱鍛造，最終鍛造成為Ф400mm棒材。對所得鈦棒進行相同熱處理后取樣進行組織、性能檢測。詳細工藝方案如下：工藝一：開坯＋高低高＋30%兩相區變形；工藝二：開坯＋高低高＋70%～85%兩相區變形；工藝三：開坯＋高低高、水淬＋70%～85%兩相區變形。研究結果表明：（1）采用工藝三（開坯＋高低高、水淬＋70%～85%兩相區變形鍛造工藝）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化程度均優于其他方案。（2）采用工藝三（開坯＋高低高、水淬＋70%～85%兩相區變形鍛造工藝）所得Ф400mm棒材由于細晶強化機制影響，在保證塑性指標的情況下，獲得的強度指標最高。又由于工藝三所得晶粒細小均勻，裂紋擴展所經過途徑增長，使該工藝所得斷裂韌性指標明顯增加，綜合性能最好。