钛合金锻造技术
钛及钛合金锻造生产工艺规程
钛及钛合金锻造生产工艺规程一、工艺概述钛及钛合金锻造是将钛或钛合金坯料在高温下施加变形力，使其产生塑性变形，形成所需形状和尺寸的零部件的过程。
钛及钛合金锻造具有优良的力学性能、高温性能和耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天、船舶、汽车、医疗器械等领域。
二、设备与工具1.锻造设备：采用电加热气氛式锻造炉，确保工件均匀受热、高效加热，并配备锻模、锻锤等相关设备。
2.检测设备：采用超声波探伤仪、拉伸试验机、金相显微镜等设备，对锻造工件进行质量检测。
3.工具：锻造过程中需要使用锻造锤、锻模、顶座、夹具等工具，确保工件形状和尺寸的准确度。
三、工艺流程1.准备工作：将钛或钛合金坯料进行清洗，去除表面污物和氧化物，并切割成适当的尺寸。
2.预热：将坯料放入电加热气氛式锻造炉中，进行预热处理，提高其可塑性。
预热温度一般为坯料转变温度的70%~80%。
3.锻造：将坯料放入锻模中，并在锻锤的作用下进行锤击变形。
根据零部件的形状和尺寸要求，可采用自由锻造、模锻或多次锻造等方法。
4.退火处理：经过锻造后的工件可能存在组织变化和残余应力，需进行退火处理消除变形和应力。
一般采用快速退火或等温退火，使工件组织回复正常状态。
5.表面处理：根据零部件的使用要求，进行必要的表面处理，如酸洗、抛光等，提高表面质量和光洁度。
6.检验测试：对锻造后的工件进行超声波探伤、拉伸试验和金相显微镜检测，确保其力学性能和质量符合要求。
7.包装与交付：对合格的工件进行包装，并及时交付给用户或下一道工序进行加工。
四、操作要点1.材料选择：选择优质的钛或钛合金坯料，确保其化学成分和力学性能符合要求。
2.温度控制：控制锻造炉的加热温度、保温时间和冷却速度，保证工件在整个锻造过程中温度的均匀性。
3.锻造力度：控制锤击力度和锤击次数，使坯料均匀受力，确保其形状和尺寸的准确度。
4.锻造后处理：根据工件形状和尺寸的要求，进行适当的退火处理，消除变形和应力。
5.质量检测：对锻造后的工件进行超声波探伤、拉伸试验和金相显微镜检测，确保其质量和力学性能符合要求。
钛合金成型方法
钛合金成型方法钛合金是一种具有优异性能的金属材料，被广泛应用于航空航天、船舶制造、汽车制造等领域。
钛合金的成型方法对于其性能和应用起着至关重要的作用。
本文将介绍几种常用的钛合金成型方法。
一、锻造成型锻造是一种常用的钛合金成型方法，其通过对钛合金进行加热，然后施加压力使其改变形状。
锻造可以分为自由锻造和模锻造两种方式。
自由锻造是将钛合金材料放置在锻模中，通过锤击或压力使其改变形状。
模锻造是将加热后的钛合金放置在预先设计好的模具中，通过模具施加压力，使其得到所需的形状。
锻造成型可以在较高温度下进行，有利于提高钛合金的塑性和成形性能，得到良好的成品。
二、轧制成型轧制是一种常用的钛合金板材成型方法。
通过将加热后的钛合金坯料放置在轧机中，通过辊轧的方式使其改变形状。
轧制成型可以得到具有一定厚度和宽度的钛合金板材，广泛应用于航空航天领域的结构件制造。
轧制成型的优点是可以大批量生产，成本相对较低，但对于板材的厚度和宽度有一定限制。
三、拉伸成型拉伸是一种常用的钛合金线材成型方法。
通过将加热后的钛合金坯料放置在拉伸机中，施加拉力使其变形成线材。
拉伸成型可以得到直径较小且长度较长的钛合金线材，广泛应用于航空航天、医疗器械等领域。
拉伸成型的优点是可以得到高强度的线材，但对于线材的直径和长度也有一定限制。
四、挤压成型挤压是一种常用的钛合金型材成型方法。
通过将加热后的钛合金坯料放置在挤压机中，通过挤压头施加压力使其变形成型材。
挤压成型可以得到具有复杂截面形状的钛合金型材，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
挤压成型的优点是可以得到高精度的型材，但对于型材的尺寸和形状也有一定限制。
钛合金成型方法包括锻造成型、轧制成型、拉伸成型和挤压成型。
不同的成型方法适用于不同的钛合金产品，可以根据实际需求选择合适的成型方法。
钛合金的成型过程需要严格控制温度、压力和速度等参数，以确保最终产品的质量和性能。
随着科技的不断进步，钛合金成型方法也在不断发展，为钛合金材料的应用提供了更多可能性。
钛合金锻造技术解答
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注：玻璃润滑剂是由玻璃粉、稳定剂、固结剂以及水构成的悬浮液
2008-09-09
钛合金锻造基础
锻造设备类型与应变速率的关系
锻 造 设 备
液压 慢速液压
10-2~ 1
锻锤 机械压力 （快速）
10~ 200
1~ 30
10-4~ 10-2
平均应变速率/s-1
2008-09-09
2008-09-09
钛合金的常用术语
原始β晶粒
α集束
2008-09-09
钛合金的常用术语
其他术语参见GB8755-1988
谢谢！
2008-09-09
钛合金锻造基础
变形量控制 变形量： 钛合金的临界变形2—12%，实际控制应 在15—20%以上; 变形30—40%,可细化 组织；60—70%以上可将粗针状组织细 化转变为球状组织
与热效应综合考虑
2008-09-09
钛合金锻造基础
清理
{
氧化皮的清除 α壳层的清除
喷砂
可清除0.13~0.76mm厚的锈皮，喷砂设备：装有磨料的 滚筒、喷丸或喷砂装置
自由锻、挤压、平锻、快锻、精锻
β区加热，足够变形量，变形先小后大， 防止裂纹和局部变形。
2008-09-09
常用开坯设备
钛合金的生产流程
2008-09-09
钛的基本特征
钛元素的基本特征
(1) 密度(纯钛密度介于铝 和铁之间。 (2) 导热性差，导热率仅 为铁的1/6，铝的1/15。 (3) 摩擦系数较大。 (4) 热膨胀系数较低。 (5) 弹性模量较低。 (6) 无磁性。
钛合金锻造工艺及其锻件的应用
钛合金锻造工艺及其锻件的应用摘要：近年来，钛合金因其高的比强度、优异的耐腐蚀性、良好的生物相容性等优点，迅速发展成为具有强大生命力的新型关键结构材料，被广泛应用于航空航天、军事工业、石油化工以及医疗卫生等领域。
从工业价值和资源寿命的发展前景来看，它仅次于铁、铝而被誉为正在崛起的“第三金属”。
本文分析了钛合金锻造工艺及其锻件的应用关键词：钛合金；锻造；V应用1钛合金锻造工艺1.1α+β锻造α+β锻造即常规锻造，是在相变点以下30～50℃加热、变形（见图1），常规锻造一般得到的是等轴组织(α等+β转)。
其钛合金锻件具有高的塑性和室温强度，但是高温性能和断裂韧性不好，如图2为TC11钛合金经过常规锻造后的高倍组织图。
常规锻造由于研究较深入，操作简单易行，且成本较低，因此应用广泛。
在（α+β）区变形过程中同时发生β晶粒和α片形状的变化，β晶粒被压扁，沿金属流动方向拉长、破碎，晶界附近与晶内α相间的差别逐渐消失。
当变形程度超过60%～70%后，己没有任何可见的片状组织痕迹了。
在一定温度和变形程度下发生再结晶，且α相的再结晶先于β相的再结晶，再结晶后的α晶粒，呈扁球形状，没有再结晶的α晶粒形状为盘状、杆状或纤维状。
侯会喜研究了TC6钛合金在(α+β)两相区锻造时，变形温度的高低对锻件初生α相含量的影响。
变形温度越低，初生α相的含量就越多。
由于锻件的室温力学性能和高温力学性能与初生α相的含量密切相关，因此，为了确保(α+β)两相合金具有最好的综合性能，在进行TC6合金锻造时，必须严格控制变形温度，使等轴初生相颗粒的总含量在15%～45%。
1.2等温锻造等温锻造是一种先进的加工工艺，可以使钛合金等难变形材料在相对恒温的变形温度下，以极低的变形速率，一次成形得到形状复杂的精密锻件。
采用该工艺成形的锻件仅需少量的机械加工即可装配使用，材料利用率高，且由于工艺可控性好，变形均匀，锻件的组织性能更加稳定和均匀，批量生产时，具有显著的经济效益。
钛合金热锻工艺
钛合金热锻工艺
钛合金热锻工艺是一种利用热量使钛合金材料软化，便于塑形的加工技术。
这种工艺涉及将钛合金加热到一定的高温，然后在锻压设备的帮助下进行成形。
由于钛合金具有高强度、低密度和良好的耐腐蚀性，因此在航空航天、汽车、医疗器械等行业中被广泛使用。
热锻工艺的关键步骤如下：
1. 材料准备：选取适当的钛合金材料，并根据最终产品的要求切割成合适的尺寸。
2. 加热：将钛合金坯料放入加热炉中，加热至锻造温度，这个温度通常略高于钛合金的相变温度（α+β/β转变温度）。
正确的加热温度和保温时间对于获得良好的锻件质量至关重要。
3. 预热模具：为了减少模具与高温钛合金之间的温差，防止过快的冷却导致材料硬化，模具也需要预热到适当的温度。
4. 锻造：将加热好的钛合金坯料置于锻压机的模具中，通过施加压力使其变形，达到预定的形状和尺寸。
这一过程可能需要多次进行，包括开模锻造和闭模锻造。
5. 冷却：锻造完成后，钛合金部件需要缓慢冷却以防止内部应力集中和裂纹产生。
6. 后续处理：锻件可能需要进一步的热处理（如退火、
固溶处理和时效处理）来优化其显微组织结构和力学性能。
7. 检测和检验：最后，锻件要经过严格的质量检测，包括尺寸检查、无损探伤和力学性能测试等，以确保符合设计和应用要求。
热锻工艺的优势在于可以制造出结构复杂的钛合金部件，但也存在一些挑战，如钛合金在高温下的氧化问题，以及由于材料导热性差导致的模具寿命问题。
因此，在实际操作中，还需要采取一定措施保护材料和模具，例如使用防护润滑层减少摩擦和磨损。
3钛及钛合金加工工艺与组织关系
3、不同组织的力学性能 组织决定性能
组织 类型 等轴 双态 三态 网篮 魏氏 高于 等轴 高于 等轴 较差 差 最差 室温拉伸 强度 好 塑性 最好 热稳定 强度 好 塑性 好 拉伸 一般 高温性能 持久 差 高于等轴 高于双态 差 最差 高于双态 较差 蠕变 差 断裂韧性 K1C 最差 较好 高于 双态 好 差
关键工艺参数和组织特征
Hale Waihona Puke 关键工艺参数和片层组织的特征
两相钛合金获得单相区加工组织的工艺路线
关键工艺参数和组织特征
Ti-6242钛合金单相区加工组织（TEM）
两相钛合金获得两相组织的加工路线
关键工艺参数和组织特征
IMI 834钛合金不同单相区冷速对组织的影响
两相钛合金获得等轴组织的加工路线 （两相区再结晶退火缓慢冷却）
钛及钛合金加工工艺与 组织、性能关系
钛合金锻造分类 及组织类型
有关锻造术语：
常规锻造：在β 相变点以下25℃或更低温度下的α +β
相区加热后进行锻造。 β 锻造：在β 相变点以上50℃或更高的温度下加热后进
行锻造，其变形量全部或主要地在β 相区完成。
近β 锻造：在β 相变点以下10~40℃加热后进行锻造。 准β 锻造：在β 相变点以上10~40℃加热后进行锻造，
Da/dN
疲劳性能 低周 较差 较好 高于 双态 高于 等轴 差 高周 好 高于 等轴 好 差 差
快 较快 慢 慢 最快
与等轴同一水平 与等轴同一水平 好 差
8
两相钛合金获得片层组织的加工路线
Ti-6242钛合金单相区不同冷速对片层组织的影响 (OM)
Ti-6242钛合金单相区不同冷速对片层组织的影响 （TEM）
钛合金锻造工艺
钛合金锻造工艺钛合金作为一种重要的工程金属材料，具有优良的力学性能、耐腐蚀性能和高温性能等特点，在航空航天、船舶、汽车、医疗器械等领域得到广泛应用。
钛合金锻造作为一种主要的加工方法，具有高效、高精度、高质量等优点，对于提高钛合金零件的机械性能和使用寿命具有重要意义。
一、钛合金锻造工艺的概述钛合金锻造是指将钛合金坯料加热到一定温度后，通过锻造机械设备对其进行塑性变形，使其形成所需的形状和尺寸。
钛合金锻造工艺包括热锻、冷锻和等温锻等几种形式，其中热锻是最常用的一种。
热锻是指将钛合金坯料加热到其变形温度以上，然后通过锻造机械设备对其进行塑性变形，使其形成所需的形状和尺寸。
热锻的主要优点是能够减少材料的应力和变形量，提高材料的塑性和韧性，从而得到高质量的钛合金零件。
但是，热锻需要较高的温度和压力，对设备和工艺要求较高。
冷锻是指将钛合金坯料在室温下进行塑性变形，其主要优点是能够获得高强度和高硬度的钛合金零件，但是冷锻需要较高的压力和变形量，对设备和工艺要求也较高。
等温锻是指将钛合金坯料在一定温度下进行塑性变形，其主要优点是能够获得高精度和高表面质量的钛合金零件，但是等温锻需要较高的温度和时间，对设备和工艺要求也较高。
二、钛合金锻造工艺的关键技术1. 加热技术钛合金的变形温度较高，一般在800℃以上，因此加热技术对于钛合金锻造过程至关重要。
在加热过程中，要控制加热速度、加热温度和加热时间，以保证钛合金坯料的均匀加热和充分变软。
同时，还要避免过热和过烧，以防止钛合金发生氧化和变质。
2. 锻造工艺钛合金锻造的关键在于控制锻造过程中的变形量、变形速率和变形温度等参数，以保证钛合金零件的形状和尺寸精度。
在锻造过程中，还要注意保持坯料的温度和塑性，避免过度变形和损伤。
3. 退火技术钛合金锻造后需要进行退火处理，以消除残余应力和改善材料的机械性能。
在退火过程中，要控制温度、时间和冷却速度等参数，以保证钛合金零件的性能和表面质量。
钛合金锻造知识点总结
钛合金锻造知识点总结一、钛合金锻造的工艺流程1.材料选择：钛合金锻造的材料选择十分重要，一般选择工艺性能好的钛合金作为原料。
2.预处理：在进行锻造之前，需要对原料进行预处理，如去除氧化皮等。
3.坯料加热：将预处理好的坯料加热至一定温度，使其达到足够的塑性。
4.锻造成形：将加热后的坯料放入锻造设备中，通过锤击或压力使其变形成所需形状。
5.热处理：在锻造完成后，对零件进行热处理，以消除应力和提高材料性能。
6.表面处理：对热处理后的零件进行表面处理，如抛光、喷涂等。
7.质检包装：对表面处理后的零件进行质量检查，然后进行包装。
二、钛合金锻造的工艺参数1.温度：钛合金的锻造温度通常在800℃-1000℃之间，需要根据具体材料的性质和热处理要求确定最佳温度。
2.变形量：钛合金的变形极限大约在40%-60%，因此在锻造过程中需要控制变形量，以避免材料断裂。
3.锻造压力：锻造压力是保证钛合金坯料变形的关键参数，通常需要根据坯料的形状和尺寸确定合适的锻造压力。
4.锻造速度：锻造速度对于钛合金的组织和性能有很大影响，需要根据具体情况进行调节。
三、钛合金锻造中需要注意的问题1.温度控制：钛合金的锻造温度相对较高，需要严格控制加热温度，避免因过热而导致坯料变性或过冷造成变形困难。
2.变形控制：在钛合金锻造过程中，需要控制变形量，以避免因过度变形而导致材料断裂。
3.锻造表面质量：钛合金的锻造表面质量对最终产品的性能有着重要影响，需要通过合理的工艺参数和设备保证其表面质量。
4.热处理控制：对于钛合金锻造零件，热处理是不可或缺的一步，需要严格控制热处理温度和时间，以达到最佳效果。
四、钛合金锻造的设备和工装1.锻造设备：钛合金锻造通常采用液压锻造机、气动锻造机等设备，需要根据具体的生产需求选择合适的设备。
2.模具：钛合金锻造需要使用专用模具，这些模具需要经过严格的加工和热处理，以保证零件的成形精度和表面质量。
3.锻造工装：在进行钛合金锻造时，还需配备适当的锻造工装，用于固定坯料、调节锻造温度和压力等。
钛合金锻造知识
钛合金锻造知识钛合金是一种轻量化、高强度、耐腐蚀的金属材料，广泛应用于航空航天、生物医学、汽车和化工等领域。
钛合金锻造是通过加热和塑性变形的方式将钛合金加工成所需形状和尺寸的零件，为了获得优质的钛合金锻件，我们需要掌握以下关于钛合金锻造的知识。
1. 钛合金锻造的优点钛合金锻造具有以下优点：•高强度和优异的耐腐蚀性能•低密度，轻量化设计•良好的热导性和导电性•良好的可塑性，易于加工因此，钛合金锻造在航天航空、船舶、医疗和军事等领域中得到广泛应用。
2. 钛合金锻造的工艺钛合金锻造的工艺主要包括以下几个步骤：2.1 钛合金预热在钛合金锻造过程中，预热是一个重要的步骤。
通过对钛合金材料进行适当的预热，可以提高其塑性和变形能力，减少断裂和裂纹的产生。
2.2 钛合金加热钛合金的加热温度通常在其熔点以上50°C左右进行。
适当的加热温度可以使钛合金变得柔软，易于变形。
2.3 钛合金锻造钛合金锻造主要包括冷锻和热锻两种方式。
•冷锻：在常温下进行的钛合金锻造。
冷锻可以提高钛合金的强度和硬度，但对于复杂形状的零件来说，冷锻的工艺性较差。
•热锻：在高温下进行的钛合金锻造。
热锻可以获得更好的塑性，适用于复杂形状和大尺寸的钛合金零件的加工。
2.4 钛合金热处理钛合金锻造后通常需要进行热处理，以消除内部应力，提高材料的强度和耐腐蚀性能。
2.5 钛合金表面处理钛合金锻件在加工后需要进行表面处理，包括除氧化皮、打磨抛光和防腐蚀等步骤，以提高表面质量和延长使用寿命。
3. 钛合金锻造的注意事项在进行钛合金锻造时，需要注意以下事项：•测量和控制材料的温度，避免温度过高或过低导致材料性能下降或变形。
•控制锻造速度和压力，避免过快或过慢引起裂纹或变形。
•使用合适的模具和预热设备，以确保材料的均匀加热和塑性变形。
•进行适当的热处理和表面处理，以提高材料的性能和外观质量。
•遵守相关的安全生产规范，防范火灾和爆炸等事故。
结论钛合金锻造是一种重要的制造工艺，可以为各行业提供高性能和高质量的零件和部件。
关于钛金属锻造工艺的规定
关于钛金属锻造工艺的工艺规定一、介绍：钛被认为是一种稀有金属，钛能与铁、铝、钒或钼等其他元素熔成合金，造出高强度的轻合金。
钛最有用的两个特性是，抗腐蚀性，及金属中最高的强度－重量比[7]；在非合金的状态下，钛的强度跟某些钢相若，但却还要轻。
二、特性：由于钛及钛合金的变形阻抗高，热加工温度范围狭窄，因此易产生裂纹，另外钛金属锻造在高温锻造时易发生高温锻造和氧化。
三、锻造注意事项：应尽量降低锻造温度，为了得到搞得强度和塑性，应控制锻造温度，减少加热次数，增加锻造比，避免加热时的过热和锻造中的加工发热，以保证其获得理想的锻造比和优良的性能。
四、毛坯加热：由于钛的热导率低，必须进行较长时间的均匀加热，且在加热时应防止过热氧化和吸氢的发生，应提前预热至100~200℃时在入炉加热，在重油炉内长时间加热，应使用不锈钢做护衬，以防止火热直接加热钛材。
新炉子或长时间不用的炉子在加热时，应空烧去除炉内水分后在使用。
四锻造：用便携式温度计测量当毛坯温度达到900℃时，取出进行锻造，与其接触的各种工装及锤头下砧工作温度必须高于150~250℃以上，终锻温度为700℃。
五、锻造工艺流程钛合金由于具有低密度、高比强、耐高温、抗腐蚀及无磁性等优异的综合性能，使其成为当代航空航天领域最具前途的金属结构材料之一。
随着钛合金的大量应用，其冶金质量问题也日益引起业界人士的广泛关注，于是钛合金的冶金质量显得越来越重要。
目前工业钛合金80%以上以变形钛合金使用，如锻件、锻棒及轧制型材等形式。
锻造变形是保证钛合金材料获得理想组织与性能的最主要手段，但是不正确的锻造工艺往往会使钛合金产品出现一些不理想的组织和冶金缺陷，从而恶化其力学性能，给钛合金产品的正常使用造成潜在危害，同时给生产及使用厂家造成大量浪费，故研究分析各种钛合金锻造缺陷的形成机理，并采取有效预防措施具有十分重要的价值。
1. 锻造热效应某牌号高温钛合金铸锭在快锻机上开坯锻造后，在α+β两相区多火次加热锻造为φ165mm棒材，热处理后观察其低倍组织为模糊晶组织，显微组织为等轴组织，为理想的α+β双相钛合金等轴组织，组织照片见图1a。
钛及钛合金锻造生产工艺介绍及生产注意事项(干货值得收藏!)
钛及钛合金锻造生产工艺介绍及生产注意事项摘要：从铸锭的准备、铸锭加热、锻造工艺、热处理工艺、机加工、打磨、锭号管理、超声探伤、锯切、取样等方面详细介绍了钛及钛合金锻造生产工艺及生产过程中的注意事项。
一、铸锭的准备1、生产工艺员在接到生产作业计划后, 要仔细对计划部分内容进行审核, 如有问题, 及时和计划员沟通, 确定无误后, 方可编制生产工艺。
并通知相关人员到库房领料。
2、领料人员应根据GB/3620.1 钛及钛合金牌号和化学成分及化学成分允许偏差GB/3620.2 及企标的有关规定，核对铸锭合格证，并核对合金牌号、锭号、规格和重量是否与实物相符，确认无误后，再进行转料。
3、铸锭转入锻造厂房应摆放整齐，将标识摆放于易看到的方位或用金属（记号笔）在铸锭的两端或表面将锭号明显标出。
4、生产工艺员在投料前应仔细研究产品所执行的技术标准，保证其化学成份能满足该产品的技术要求。
否则，不能投料。
5、铸锭转入锻造车间后炉工在装炉前必须对铸锭进行涂层，涂层时将铸锭用垫木或导辊垫起，并将铸锭表面的杂脏物、油污用清洗剂擦洗干净后再涂防氧化涂层。
6、涂层时将写锭号的地方不要涂, 以便装炉前确认锭号是否正确。
7、涂层的厚度应控制在0.2～0.4㎜。
涂层后必须干透即24小时后方可装炉。
表 1 主要产品的简明工艺流程二、铸锭加热加热设备：天燃气炉、电阻炉1、加热前准备。
1.1 炉工装炉前应认真核对来料的牌号、锭号、规格、支数是否与工艺卡片相符，确认无误后，方可装炉。
1.2 加热设备与测温仪表应运转正常，否则不得使用，对测温仪表应每半年校对一次，并经常检查。
对于科研用料或重要产品，在生产前应校核炉温。
炉子在大修或长期停用后开始使用时，应校核炉温，炉子的均温区在正常情况下一个季度校核一次，并做好记录。
1.3 装炉前炉内应清洁，不得有钢铁等非金属物及这些金属的氧化皮以及其它影响加热质量的物质存在。
锭坯表面应清洁，不得有油污和其它脏物。
钛合金锻造技术演示文稿
2008-09-09
钛元素与钛资源概述
钛元素在周期表中的位置
22号 IV B 族
2008-09-09
钛元素与钛资源概述
钛元素在自然界中的赋存状态
地壳质量的4‰，总储量34亿吨 化学性质活泼，无钛的单质，主要是氧化物
金红石
钛铁矿
2008-09-09
钛资源的分布
钛元素与钛资源概述
Al：应用最广泛，强效。降低熔点，提高β转变温度。
原子置换方式增加网格畸变，室温和高温均强化。 相当于钢中碳的作用，提高热稳定性和焊接性。
Ga Ge：稀贵元素，应用少，作用正在研究中。
O N C: 间隙元素，强度提高，塑性下降。脆性威胁，
严格控制含量。
2008-09-09
钛的主要合金元素
钛的合金化原理
钛合金锻造技术演示文稿
《专 题》
一、 钛与钛合金热加工技术基础 二、 航空航天常用钛合金及其锻造技术 三、 钛合金锻件的常见缺陷与对策
2008-09-09
专题一的主要内容
1. 钛元素及钛资源概述 2. 钛合金的生产流程 3. 钛的基本特性 4. 钛的合金化原理 5. 钛合金的典型组织及分类 6. 钛合金锻造技术基础 7. 钛合金常用术语
优异的耐蚀性能 使用温度范围大
Mg Al
50 200
Superalloys
CMC
低阻尼特性
Refractory Metals and Intermetallics
700
1200
1700
Temperature (ºC)
2008-09-09
钛合金相图
钛的合金化原理
中性型 Zr Hf Sn
钛合金TC4锻造工艺研究
钛合金TC4锻造工艺研究发布时间：2023-02-20T06:05:48.216Z 来源：《建筑实践》2022年10月19期作者：刘飞任辉刘艳春[导读] 钛合金具有质量轻、比强度高、耐热性好、抗腐蚀性好等优点刘飞任辉刘艳春内蒙古北方重工业集团有限公司内蒙古包头市 014030摘要：钛合金具有质量轻、比强度高、耐热性好、抗腐蚀性好等优点，在国防军工和国民经济中被广泛应用。
但在锻件生产过程中，由于TC4材料组织在变形过程中对变形温度和变形程度极为敏感，容易出现大批量高低倍组织不合格的现象，进而影响钛合金材料的塑性和高温强度，这些不合格组织如粗大晶粒、魏氏组织等对于宇航军工产品来说是致命的隐，因此近些年来有效控制TC4锻件的组织成为研究热点。
本文主要对钛合金TC4锻造工艺进行了简单的探讨，以供相关人员参考。
关键词：TC4钛合金；锻造；工艺研究引言随着塑性成形加工技术的不断发展，市场对锻件产品质量要求不断提高，了解和掌握生产加工工艺对产品质量的影响，并通过控制工艺参数来提高产品质量是非常重要的。
其中，锻造是塑性变形中的一种代表性工艺，通过对锻件进行反复的镦粗拔长使锻件产生较大的变形、累积较大应变，主要目的是细化晶粒、消除锻件内部缺陷、提高锻件性能，总体上使合金材料的组织性能得到改善，并且锻件的内部组织、力学性能和服役寿命均超过了铸件。
然而锻件在锻造过程中容易产生裂纹并影响锻件的合格率，而损伤值的大小是衡量锻件塑性变形过程中裂纹出现几率的指标，当锻件损伤值达到临界值时裂纹萌生。
因此，了解不同锻造工艺参数下的损伤值，对保证锻件成形质量、提升锻件在服役期间的可靠性具有重要意义。
1、TC4钛合金的概述钛合金TC4材料的组成为Ti-6Al-4V，属于(α+β)型钛合金，具有良好的综合力学机械性能。
（1）钛合金的热导率低。
钛合金的热导率为铁的1/5、铝的1/10，TC4的热导率l=7.955W/m·K。
（2）钛合金的弹性模量较低。
钛及钛合金锻造生产工艺规程
钛及钛合金锻造生产工艺规程页码：1/16代号：AS/FST-JS-04-2012更改控制页序号更改章节更改日期更改单编号更改后版次更改人签名钛及钛合金锻造生产工艺规程页码：2/16代号：AS/FST-JS-04-2012 本工艺规程适用于真空熔炼的钛及钛合金铸锭经加热、锻造、机加工等工序而制成棒坯、棒材、板坯、饼环材的生产，制定了每个生产工序的工艺制度和管理要求。
1简明工艺流程见表1。
2铸锭的准备2.1生产工艺员在接到生产作业计划后,要仔细对计划部分内容进行审核,如有问题,及时和计划员沟通,确定无误后,方可编制生产工艺。
并通知相关人员到库房领料。
2.2领料人员应根据GB/3620.1 钛及钛合金牌号和化学成分及化学成分允许偏差GB/3620.2及企标的有关规定，核对铸锭合格证，并核对合金牌号、锭号、规格和重量是否与实物相符，确认无误后，再进行转料。
2.3 铸锭转入锻造厂房应摆放整齐，将标识摆放于易看到的方位或用金属（记号笔）在铸锭的两端或表面将锭号明显标出。
2.4生产工艺员在投料前应仔细研究产品所执行的技术标准，保证其化学成份能满足该产品的技术要求。
否则，不能投料。
2.5铸锭转入锻造车间后炉工在装炉前必须对铸锭进行涂层，涂层时将铸锭用垫木或导辊垫起，并将铸锭表面的杂脏物、油污用清洗剂擦洗干净后再涂防氧化涂层。
2.6涂层时将写锭号的地方不要涂,以便装炉前确认锭号是否正确。
2.7涂层的厚度应控制在0.2～0.4㎜。
涂层后必须干透即24小时后方可装炉钛及钛合金锻造生产工艺规程页码：3/16代号：AS/FST-JS-04-2012铸锭↓涂层↓加热↓锻造↓↓↓↓打磨刨面打磨↓↓↓加热修磨加热↓↓↓锻造检查锻造↓↓↓热处理称重刻口↓↓↓机加板坯锯切↓↓探伤平头倒角↓↓取样打磨↓↓检查加热↓↓修磨锻造↓↓检查热处理↓↓称重机加↓↓包装探伤↓↓棒材取样↓检查↓称重↓包装↓饼环材钛及钛合金锻造生产工艺规程页码：4/16代号：AS/FST-JS-04-20123加热3.1加热设备：天燃气炉、电阻炉。
钛合金冷锻工艺
钛合金冷锻工艺
嘿，朋友们！今天咱来聊聊钛合金冷锻工艺，这可真是个了不起的玩意儿！
你想想看，钛合金，那可是高级材料啊！强度高、重量轻，就像个厉害的小超人。
而冷锻工艺呢，就像是给这个小超人穿上了一套超级酷炫的战衣。
冷锻工艺就像是一位神奇的魔法师，能把钛合金变得更加强大。
它不用把钛合金加热到红彤彤的，而是在室温下就开始施展魔法啦！这多厉害呀，既节省能源，又能让钛合金保留它原本的优秀特性。
咱就说普通的锻造工艺吧，加热再锻造，多麻烦呀！还可能会影响材料的性能呢。
可冷锻工艺就不一样了，它悄悄地、稳稳地，就把钛合金给塑造出各种形状啦。
你说这像不像捏橡皮泥呀？咱小时候都玩过橡皮泥吧，想把它捏成啥样就捏成啥样。
冷锻工艺也是这样，只不过它更厉害，能把钛合金捏成各种精密的零件，那些可都是高科技产品里不可或缺的呀！
你再看看那些用钛合金冷锻工艺制造出来的零件，那质量，杠杠的！又结实又耐用，简直让人惊叹不已。
这要是用在飞机上、汽车上，那得多可靠呀！
而且哦，冷锻工艺还能让钛合金的组织结构变得更加紧密，就像把一堆散沙变成了坚固的石头。
这样一来，零件的性能不就更好了嘛！
哎呀呀，这钛合金冷锻工艺可真是个宝呀！咱得好好利用它，让它为我们的生活带来更多的便利和惊喜。
你说是不是呀？反正我是觉得它超级厉害的啦！以后再看到那些用钛合金制造的东西，可别只知道惊叹，要想想这背后冷锻工艺的功劳呀！这就是咱今天聊的钛合金冷锻工艺，它真的是很神奇，很了不起呢！。
TC11钛合金材料β锻造工艺研究
TC11钛合金材料β锻造工艺研究第一章：引言（1）TC11钛合金材料的重要性及应用领域（2）β锻造工艺的研究现状及意义（3）本文的主要工作及研究内容第二章：TC11钛合金材料β锻造性能分析（1）TC11钛合金的组织结构及物理性能分析（2）β锻造对TC11钛合金材料组织结构和性能的影响评估第三章：TC11钛合金材料β锻造工艺研究（1）β锻造工艺的原理及流程（2）应选用的工艺参数及其对β锻造的影响研究（3）β锻造操作中应注意的事项第四章：试验分析与结果（1）β锻造试验设计及操作规程（2）试验样品的金相结构分析及力学性能测试结果（3）试验结果分析及对β锻造工艺的优化建议第五章：结论与展望（1）本文研究的主要结论及启示（2）β锻造工艺在TC11钛合金材料制备中的应用前景及展望第一章：引言（1）TC11钛合金材料的重要性及应用领域TC11是一种α+β型钛合金，具有良好的强度、韧性、高温抗氧化性和耐腐蚀性，在航空航天、船舶制造、化工等领域得到广泛应用。
如在航空航天领域中，TC11钛合金是最重要的结构材料之一，可以用于制造飞机主框架、座舱壁板、发动机零件等。
因为它具有高强度、高刚性和良好的耐热、耐腐蚀性，它成为制造军机、商用飞机和火箭发动机等的重要材料。
在化工领域中，TC11钛合金具有较好的耐腐蚀性，可以用于制造酸碱介质下的换热器、炉子等设备。
由此可见，TC11钛合金材料在现代制造业中具有不可替代的重要性。
（2）β锻造工艺的研究现状及意义β锻造是一种新型的成形工艺，其特点是制品有较高的塑性变形能力、施力均匀、成形精度高，可制造较大的变形量和复杂的几何形状硬件件。
目前，β锻造已经在航空航天领域获得广泛应用，如制造发动机零件、涡轮叶片等。
与传统锻造相比，β锻造可以在控制变形量的同时提高成形精度和产品的性能。
因此，研究TC11钛合金材料的β锻造工艺，有助于提高制品的成形质量，提高产品性能，进一步拓宽TC11钛合金的应用领域。
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在α和β中均有较大溶解度，固溶强化。
Zr Hf： Ti的同族元素，提高α强度和热强性，
强化效果低于Al，但对塑性的影响小。
Sn Mg：主要固溶强化α相，也可视为α 稳定元素。 Ce La：稀土元素，提高高温拉伸和热稳定性。
研究热点
2008-09-09
钛合金的典型组织 4种基本类型
等轴组织 等轴初生α相和β转变 组织均匀分布。两相区 中部加热/变形所获得 的。强度、塑性、疲劳 性能突出。
Ga Ge：稀贵元素，应用少，作用正在研究中。
O N C: 间隙元素，强度提高，塑性下降。脆性威胁，
严格控制含量。
2008-09-09
钛的合金化原理
钛的主要合金元素
2、β稳定元素：降低β转变温度，扩大β相区。
固溶强化，提高淬透性和热处理强化效果。
V Mo：β同晶元素，靠近Ti，晶格类型与β-Ti相同。 Nb Ta 与β相无限互溶，在α相中有限溶解。
四氯化钛(TiCl4 )
Huቤተ መጻሕፍቲ ባይዱter：钠还原
海绵钛
●海绵钛根据杂质 含量的不同，可分 为0级、1级、2级等 不同等级。0级海绵 钛杂质含量最低。
2008-02-18
钛合金的生产流程
2
惰 性 气 体 保 护 下 的 电 渣 重 熔 炉
钛锭的 熔炼及缺陷
VAR
飞机和发动机使用的 钛合金一般要经过2～3 次熔炼。（增加熔炼次 数可使成分均匀化）
2008-09-09
钛合金的典型组织
显微组织对钛合金性能的影响
细小 ○ 粗大 ○ 性能 弹性模量 强度 塑性 断裂韧性 片层状 ○ 等轴状 +/-（织构）
+ + -
+
+
+ + -
+
+ +
+ + -
疲劳裂纹萌生
疲劳裂纹扩展 蠕变强度 超塑性 氧化性能
+ + +
+
+ -
注： ○ 无影响，+ 性能提高，- 性能降低 钛合金的显微组织以α和β相的尺寸（细小、粗大）及排列方式（片层 状、等轴状）来描述。
5 34 1.7 35 17 7.5 涂润滑剂的方法 6 54 5 8.5 27.5 5 将坯料浸入悬浮液内浸涂 玻璃润滑剂在下述温度下的黏度 玻璃No. 800℃ 900℃ 1000℃ 1050℃ 用刷子刷到坯料表面 1 136400 5234 784 用喷雾器喷到坯料表面 106795
4
1100℃ 185 1327 708 4500
杜邦公司首先开始商业化生产金 属钛
2008-09-09
钛元素与钛资源概述
钛元素在周期表中的位置
22号 IV B 族
2008-09-09
钛元素与钛资源概述
钛元素在自然界中的赋存状态
地壳质量的4‰，总储量34亿吨 化学性质活泼，无钛的单质，主要是氧化物
金红石
钛铁矿
2008-09-09
钛元素与钛资源概述
2008-09-09
钛合金的分类
2008-09-09
钛合金的分类
钛合金类型对性能的影响
α、 α +β 、 β钛合金的性能差异
性能 密度 α + β + α +β 性能 腐蚀性能 α ++ β + α +β +/-
强度
塑性 断裂韧性 蠕变强度
-/+ + +
+
+ -/+ +/-
++
+/+/-
氧化性能
混合组织 β转变组织基体上分布 有少量等轴初生α相。 两相区上部加热/变形 获得的。兼顾强度、塑 性、韧性、疲劳、蠕变
2008-09-09
钛合金的典型组织 4种基本类型
网篮组织 原始β晶粒内分布着发 达的片层α。β晶界已 被破碎，无明显晶界α。 β相区加热/变形，两 相区完成变形。
魏氏组织 β晶界完整，晶内存在 发达的片层α。晶界α 明显。加热和变形均在 β相区完成。断裂韧性 和蠕变性能突出。
2008-09-09
钛元素与钛资源概述
钛元素的发现
英国William Gregor 发现钛元素的存在，将其命名为 “mechanite” 德国Martin Heinri ch Klaproth,成功地从矿石 （金红石）中分解出氧化钛，将其更名为“Titans”
卢森堡Wilhelm Justin Kroll（被称为钛 工业之父），用Ticl4和Na制取了大量的 钛（Kroll工艺）
2008-09-09
钛合金锻造基础
润滑
模锻钛合金用润滑剂的基本要求
玻璃粉编 号 1 2
氧化物含量
SiO2 57~61 61 Al2O2 3 B2O2 17~18 1 Na2O 18~20 15 CaO 4~5 6 MgO -
3
40
55
5
14
35
13
5
2
5
16
4.8 -
在整个变形过程中能够形成牢 固而连续的保护膜 在加热和变形过车工中能够保 护毛坯，防止氧化和气体污染 具有良好的隔热性能，使毛坯 从炉子转移到模具以及在变形 过程中减少能量损失 不与毛坯和模具的表面发生化 学作用 容易涂到毛坯表面，并便于使 该工序机械化 容易从锻件表面清除，能在较 长时间保持润滑性能
2008-09-09
钛合金锻造基础
圆盘锯切割 阳极切割
圆盘锯片厚度2~8mm，适宜切割较大棒料，进刀量小， 能获得较洁净的端面 切口宽度不超过3mm，切耗少、生产率低 需将棒料预热，工业纯钛可冷态剪切
锤上或水压机切割
去 除 表 层5 厚 挤压棒材 度3 （ 2 锻棒 ）
车床上切割
钛合金车切 扒皮去α层 无 α层
技术培训
钛与钛合金锻造技术
2008-09-09
《专 题》
一、 钛与钛合金热加工技术基础 二、 航空航天常用钛合金及其锻造技术 三、 钛合金锻件的常见缺陷与对策
2008-09-09
专题一的主要内容
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
钛元素及钛资源概述 钛合金的生产流程 钛的基本特性 钛的合金化原理 钛合金的典型组织及分类 钛合金锻造技术基础 钛合金常用术语
钛资源的分布
2008-02-18
钛合金的生产流程
3 钛矿石 1 钛合金 铸锭 2 叶片 机匣 蒙皮 ……
2008-02-18
变形钛 合金
大棒材 小棒材 板材 管材 型材
叶片 盘件 蒙皮 …… 成品
半成品 海绵钛
铸造钛 合金
钛合金的生产流程
1
海绵钛的生产工艺
Kroll：镁还原 氯化
钛矿 （金红石）
提高强度，保持较高塑性，无共析或包析反应
Fe Mn： β共析元素，强化效果明显。 Cr Co 在α和β相中均有限溶解，在β中溶解度更大 Ni Cu 均存在共析反应，影响组织稳定和蠕变性能。 Si H 注意H的双重作用。
2008-09-09
钛的合金化原理
钛的主要合金元素
3、 中性元素：对β转变温度无显著影响。
100
50
Mg Al
CMC
Superalloys
Refractory Metals and Intermetallics
200
700
1200
1700
Temperature (º C)
2008-09-09
钛的合金化原理
钛合金相图
β同晶型
β 共析型
中性型
α稳定化型 Al Ga Ge O N C
β稳定化型 Mo V Nb Ta Fe Mn Cr Co Ni Cu Si H
10-2~ 1 10-4~ 10-2 平均应变速率/s-1
2008-09-09
10~ 200 1~ 30
钛合金锻造基础
变形量控制 变形量： 钛合金的临界变形2—12%，实际控制应 在15—20%以上; 变形30—40%,可细化 组织；60—70%以上可将粗针状组织细 化转变为球状组织
与热效应综合考虑
砂轮切割
车切速度mm/min 25000~30000 15000~20000
进刀量mm/周 0.2~0.3
适于切割直径小于 60mm的棒材，切割效率高，但砂 Ra=0.63~2.5 0.08~0.1 片寿命较短
Ra=1.25~5 Ra=2.5~10 0.1~0.2 0.3~0.4
mm
50
棒材直径（mm）
2008-09-09
钛合金的生产流程
常用开坯设备
2008-09-09
钛的基本特征
钛元素的基本特征
(1) 密度(纯钛密度介于铝 和铁之间。 (2) 导热性差，导热率仅 为铁的1/6，铝的1/15。 (3) 摩擦系数较大。 (4) 热膨胀系数较低。 (5) 弹性模量较低。 (6) 无磁性。
同 素 异 构 转 变
注：Ra：表面粗糙度。车削加工时必须使用润滑冷却液，供给1~1.5mPa 2008-09-09 压力
钛合金锻造基础
钛合金加热的两个特点：
1）钛低温导热率低，采用表面加热方法时，加热时间相当长
2）提高加热温度时，钛合金会与空气发生强烈反映，在 还原性气氛的油炉中加热时，吸氢强烈
采用分段加热，缩短坯料高温停留时间 电炉加热（或微氧化性气氛下火焰加热），炉底加垫不锈钢钢板
2008-09-09
钛的基本特征
钛合金的基本特征
250
高的比强度
200 （对飞机及航空发动机尤其重要）
Specific Strength (MPa/(Mg/m3))