鍛件生產一方面是得到符合鍛件圖的尺寸和表面質量;另一方面是達到鍛件技術條件規定的力學性能、超聲波性能、金相低倍和高倍組織。因此,鍛造的工藝設計需要保證鍛件組織性能合格。
一、原材料的組織性能要求
鈦合金模鍛件要求組織均勻細小,超聲波達到AA級。雖然等溫鍛造一次可以大變形,但是終鍛的變形量不可能太大,所以用的坯料應該是兩相區下部鍛造的。超聲波探傷達到A級,可以直接鍛成鍛件。倘若在B級,坯料組織均勻性較差,必須經過兩相區足夠的大變形,達到A級才可以用來鍛模鍛件。
坯料的組織準備應該在鍛制荒坯和預鍛件的階段完成。如果鍛制荒坯和預鍛件的階段沒有足夠的變形量以改善坯料的組織,那就必須在制荒坯前,兩相區反復鐓拔,充分變形,達到A級才可以使用。
1~2t鍛件用的大坯料,組織要控制到細小均勻是非常困難的,這是大型鍛件生產的技術關鍵。
二、 預鍛和終鍛件質量控制的鍛壓工藝參數設計
1 等溫鍛造的溫度設計
對于要求是兩相區鍛造的鍛件,預鍛主要是采用兩相區下部大變形,得到細小均勻的兩相等軸組織。終鍛時,對于要求高的高周疲勞性能的鍛件,如葉片,鍛造溫度在相變點以下30~50℃;要求高的斷裂韌度的鍛件,鍛造溫度在相變點以下7~10℃.
對于要求是β鍛造組織的鍛件,預鍛采用兩相區下部大變形,得到細小均勻的兩相等軸組織。終鍛時,在相變點以上15~30℃加熱,獲得合適的晶粒尺寸,大變形終鍛,還要根據不同材料確定鍛后的冷卻速度,獲得合格的組織和性能。
對于要求是β熱處理組織的鍛件,終鍛需要控制材料的晶粒尺寸,為β熱處理做好組織準備。
2 等溫鍛造的速度控制
等溫鍛造速度和壓力是同時設定的。起始用快速鍛壓,壓力不是很大。隨著變形量的增加,變形壓力逐漸提高。到了設定的鍛造壓力時,由于壓力的限制,壓機的壓下速度自然下降,逐漸進入了超塑性變形狀態。起始用5~10mm/s快速鍛壓,可以細化晶粒,對鍛件質量是有益的。但是,過分快的鍛造速度會造成變形熱來不及傳導出去而形成局部高溫,形成不允許的組織。
鍛造壓力設定得高,超塑性變形階段短,晶粒比較細小,再結晶不充分,存在部分內應力,表現出鍛件的強度較高,機械加工時變形較大。鍛造壓力設定得高,模具承受的力大,不能超過模具材料允許的極限,否則模具的壽命會降低。
壓力設定得低,超塑性變形階段長,再結晶充分,晶粒比較大,內應力小,沒有各向異性,表現出鍛件的強度較低,機械加工時變形很小。
形狀不復雜、沒有很薄的輻板和壁的鍛件,其鍛造力設定為80~100MPa.
形狀復雜、有很薄的輻板和壁的鍛件,其鍛造力設定為120~150MPa.
3變形量控制
等溫鍛造時鍛件具有極好的塑性,可以一次變形很大,這有利于細化晶粒,改善鍛件性能,也可以縮短鍛造工序,降低工繳費,所以工藝設計時,應盡量加大每火次的變形量。
對某些β鍛造的鍛件,在β鍛造后還要在兩相區變形,這時的變形量必須控制在規定的范圍內,以獲得合適的組織。
三、 鍛件熱處理
不同鈦合金鍛件的熱處理制度見表9-17.為了防止鍛件表面氧化,熱處理前在鍛件表面還要涂上防氧化涂料。
| 表9-17 不同鈦合金鍛件的熱處理制度 | |
牌號 | 熱處理制度 |
TC4 | 750-850℃保溫1-1.5h,空冷 |
TC6 | (870±10)℃保溫1h,隨爐冷,或轉入(650±10)℃爐中保溫2h后空冷 |
TC11 | 950℃(允許在β轉變溫度以下30-50℃范圍內調整)保溫1.5-2h,空冷+530℃保溫6h,空冷 |
TC17 | 固溶處理,(800±10)℃保溫4h,水冷+時效處理,(630±10)℃保溫8h,空冷 |
TC18 | 820-850℃保溫1-3h,爐冷至740-760℃保溫1-3h,空冷+500-650℃保溫2-6h,空冷 |
TA15 | 850℃保溫1.5h,空冷 |
TA19 | (960±14)℃保溫1h,空冷+(590±14)℃保溫8h,空冷 |
TB6 | 760℃保溫2h,空冷+510℃保溫8h,空冷 |
四、熱處理加矯形
需要高溫熱處理的材料,如TC11、TA19,在高溫熱處理時容易變形,可以在高溫加熱后,放入相同溫度的模具中矯形,再進行低溫熱處理,也可以在高溫熱處理溫度進行最后一火次鍛造,加熱時間加上鍛壓時間就是熱處理的加熱時間,鍛造后不再進行高溫熱處理,只進行低溫熱處理。
五、鍛件后處理
一般來講,鍛件表面的涂料如果沒有大面積的脫落,熱處理后氧化層是很薄的。等溫鍛件表面帶有玻璃涂料,需要清除,采用噴砂方法可以去除薄的氧化層和玻璃涂料,不再需要酸洗。局部細小的凹坑、毛刺缺陷可打磨清除。
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