钛及钛合金大规格棒材换向镦拔工艺研究
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一
，
修磨 ， 再 在两相 区采用合 适 的变形速 度 、 变形 程度进行 反 复 镦 拔。最 后 在 两 相 区 拔 长、 滚 圆， 锻 制 成 ０ ２ ０ ０ ｍｍ 的成品棒材 。从成 品棒 材 上取样 ， 采用 同一 热处理 制度退 火后测试棒 材 的室温 、 高温力 学性能 ， 并 利用实 验后 的试样进行显 微组 织观 察 。
收 稿 日期 ：２ ０ １ ２ — ０ ９ — ０ ６ ；修 回 日期 ：２ ０ １ ２ — ０ ９ — ２ ６
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
镦 拔结 束后的低倍 组 织 照片 。观 察 图 ２ 、 图３ ， 可 以看 出低倍 中均无 肉眼可见 的裂纹 、 夹杂 、 偏 析及其他 冶金 缺陷 ， 无 清晰 晶。这表 明结合 卢单相 区及 ａ ＋ 两 相 区 的锻造工 艺过程 较好 ， 达 到 了细 化晶 粒 、 改善 材料内部 组织 的 目的 。坯 料完全被 锻透 ， 铸 锭 内部 的疏松 、 气泡 等冶金缺 陷得 到有 效锻合 。 将 图 ２与 图 ３对 照发 现 ， 图 ２中组 织 大小 分 布不 均， 有大 的片状组 织 ， 且呈 一定 的流线 分布 。说 明坯料 在 直镦直 拔过程沿 径 向从 中心 至边 部 变形 量不 同 ， 变 形 不均匀 ， 存在变 形死 区 ， 导致坯 料在 整个横截 面上组 织 大小分 布不均 ； 而图 ３ 组 织大小 均匀 ， 无大 的片状 组
１ ． ２ 实验 方 法
图２ 、 图 ３分别 为 Ｔ Ｃ ４合 金方 坯直 镦 直拔 和换 向
钛合 金棒材 锻造 温 度从 开 坯 到成 品 ， 必 须逐 渐 由 高 到低 ， 特 别是成 品 锻造 前 的 两次 加 热更 应 该严 格 控 制 其加热 温度 和加热 时间 ， 同时控 制好终锻 温度 ， 变形
钛及 钛 合 金 大规格 棒 材换 向镦 拔 工 艺研 究
侯 鹏 ，李 维 ，李 进元 ，蒲 宣 ，王宏 权 ，郭 征
（ 西部 材 料 有 限 责任 公 司 ，陕 西 西安 ７ １ ０ ２ ０ １ ）
摘 要 ：通 过 高 低 倍 、力 学 性 能 等 实验 方 法 ，分 析研 究和 对 比采 用换 向镦 拔 和 直镦 直 拔 加 工 生 产 钛 及 钛 合 金 大
规格 尺 寸棒 材 时 ，加 工 方 式 对 材 料 组 织和 性 能 的 影 响 。实 验表 明 ：换 向镦 拔 后 材料 的组 织 和 性 能 优 于 直镦 直
拔 ，低 倍 组 织 均 匀 ，无 肉眼 可 见 的 清 晰 晶 、大 的 片状 组 织 和 显微 组 织等 轴 化 程度 好 ，无 大 的 片 状 晶 粒 、 连 续 晶界及 明 显 的流 线 ； 室温 、 高 温 力 学性 能等 综 合 性 能都 符 合 且超 出标 准 要 求 。 关 键 词 ：换 向镦 拔 ；显 微 组 织 ；钛 合 金 ；机械 性 能
然后在 相 变点 以上 ４ ０℃ ～７ Ｏ℃进行 二 火镦 拔 ， 空 冷
气 机盘 、 叶片 等 承受 大 压力 的旋 转 件 ］ 。 自由锻是 锻 制 钛及钛 合金棒 材 、 饼材 及 环 材 等 的主要 加 工 方法 之 换 向镦 拔作 为 自由锻 的一 道 工序 在 自由锻 造加 工 过 程 中使 用广泛 ， 在 大规 格 棒 材 加工 生 产过 程 中它 是 必 须采用 的一道 关键 工序 。钛及 钛合金 的线膨胀 系数 小、 抗拉 强度 高 、 金属 流 动性 差 ， 所 以对 于大 规 格坯 料 若 在加工 过程 中采用 直 墩直 拔 ， 会 造 成 金属 变形 不 均 匀、 强度低 、 塑性 差Ｌ ２ ］ ， 而采用换 向镦 拔 ， 在锻 造过程 中 能 使得整 个坯料 截 面获 得非 常 均 匀 的组 织 ， 从 而提 高 产 品 的综 合性 能 。
要 均匀 、 速 度适 中。
首先 ， 铸锭在 ｌ １ ５ ０ ｏ Ｃ制 坯 ， 经 轴 向拔 长 至 方 坯 后， 空冷修磨 带锯 下料 。方坯 分两组 ， 一组采 用换 向镦 拔工 艺 ， 一 组采用 直镦 直拔 工 艺 。铸 锭在 ａ 十 相 变 点 以上大 变形 ， 变 形抗力 小 ， 塑性高 ， 锻透性 好 ， 铸造 的
作 行简 介 ：侯 鹏 （ １ ９ ８ ４ 一 ） ，男 ，陕 西两 安 人 ．助 理 工程 师 ，硕 上 ， 主要 从 事钛 及 钛 合 金等 有 色 金 属方 面产 品 的技 术研 发 作 。
第ｌ 期（ 总第 １ ７ ６ 期）
２ ０ １ ３年 ２ 月
机 械 工 程 与 自 动 化
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＩ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆． ＡＵＴＯＭ ＡＴＩ ＯＮ
Ｎｏ．１
Ｆｅ ｂ ．
文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ １ ３ ２ — ０ ２
１ 实 验 材 料 及 实 验 方 法
１ ． １ 实验 材 料
２ 实验 结 果 及 分 析
２ ． １ 低 倍 组 织
实验 采用西 部钛业 公 司生产 的 Ｔ Ｃ ４钛合 金铸 锭 ，
铸 锭相 变点 为 ９ ８ ０ ｏ Ｃ～ ９ ８ ５℃ ， 其 外 观 如 图 １所示 。 铸锭 经扒 皮 、 取样 、 探伤后 切除 冒 口， 扒 皮后 的成 品铸锭 外径为 秭 ９ ０ ｍｍ， 并经 中分锯 切后 转入后 序锻造工序 。
中 图分 类 号 ：Ｔ Ｇ ３ １ ６： ＴＧ１ ４ ６ ． ２ ３ 文 献标 识 码 ：Ａ
０ 引言
粗大组 织基本 被破 碎 ， 得到较均匀、 细小 的纤 维 组织 。
钛及 钛合 金具 有熔 点 高 、 密 度小 及 强度 高 等 主要 特点， 被 广泛应 用于航 空发 动机结 构 中 ， 如用 于制 造压
，
修磨 ， 再 在两相 区采用合 适 的变形速 度 、 变形 程度进行 反 复 镦 拔。最 后 在 两 相 区 拔 长、 滚 圆， 锻 制 成 ０ ２ ０ ０ ｍｍ 的成品棒材 。从成 品棒 材 上取样 ， 采用 同一 热处理 制度退 火后测试棒 材 的室温 、 高温力 学性能 ， 并 利用实 验后 的试样进行显 微组 织观 察 。
收 稿 日期 ：２ ０ １ ２ — ０ ９ — ０ ６ ；修 回 日期 ：２ ０ １ ２ — ０ ９ — ２ ６
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
镦 拔结 束后的低倍 组 织 照片 。观 察 图 ２ 、 图３ ， 可 以看 出低倍 中均无 肉眼可见 的裂纹 、 夹杂 、 偏 析及其他 冶金 缺陷 ， 无 清晰 晶。这表 明结合 卢单相 区及 ａ ＋ 两 相 区 的锻造工 艺过程 较好 ， 达 到 了细 化晶 粒 、 改善 材料内部 组织 的 目的 。坯 料完全被 锻透 ， 铸 锭 内部 的疏松 、 气泡 等冶金缺 陷得 到有 效锻合 。 将 图 ２与 图 ３对 照发 现 ， 图 ２中组 织 大小 分 布不 均， 有大 的片状组 织 ， 且呈 一定 的流线 分布 。说 明坯料 在 直镦直 拔过程沿 径 向从 中心 至边 部 变形 量不 同 ， 变 形 不均匀 ， 存在变 形死 区 ， 导致坯 料在 整个横截 面上组 织 大小分 布不均 ； 而图 ３ 组 织大小 均匀 ， 无大 的片状 组
１ ． ２ 实验 方 法
图２ 、 图 ３分别 为 Ｔ Ｃ ４合 金方 坯直 镦 直拔 和换 向
钛合 金棒材 锻造 温 度从 开 坯 到成 品 ， 必 须逐 渐 由 高 到低 ， 特 别是成 品 锻造 前 的 两次 加 热更 应 该严 格 控 制 其加热 温度 和加热 时间 ， 同时控 制好终锻 温度 ， 变形
钛及 钛 合 金 大规格 棒 材换 向镦 拔 工 艺研 究
侯 鹏 ，李 维 ，李 进元 ，蒲 宣 ，王宏 权 ，郭 征
（ 西部 材 料 有 限 责任 公 司 ，陕 西 西安 ７ １ ０ ２ ０ １ ）
摘 要 ：通 过 高 低 倍 、力 学 性 能 等 实验 方 法 ，分 析研 究和 对 比采 用换 向镦 拔 和 直镦 直 拔 加 工 生 产 钛 及 钛 合 金 大
规格 尺 寸棒 材 时 ，加 工 方 式 对 材 料 组 织和 性 能 的 影 响 。实 验表 明 ：换 向镦 拔 后 材料 的组 织 和 性 能 优 于 直镦 直
拔 ，低 倍 组 织 均 匀 ，无 肉眼 可 见 的 清 晰 晶 、大 的 片状 组 织 和 显微 组 织等 轴 化 程度 好 ，无 大 的 片 状 晶 粒 、 连 续 晶界及 明 显 的流 线 ； 室温 、 高 温 力 学性 能等 综 合 性 能都 符 合 且超 出标 准 要 求 。 关 键 词 ：换 向镦 拔 ；显 微 组 织 ；钛 合 金 ；机械 性 能
然后在 相 变点 以上 ４ ０℃ ～７ Ｏ℃进行 二 火镦 拔 ， 空 冷
气 机盘 、 叶片 等 承受 大 压力 的旋 转 件 ］ 。 自由锻是 锻 制 钛及钛 合金棒 材 、 饼材 及 环 材 等 的主要 加 工 方法 之 换 向镦 拔作 为 自由锻 的一 道 工序 在 自由锻 造加 工 过 程 中使 用广泛 ， 在 大规 格 棒 材 加工 生 产过 程 中它 是 必 须采用 的一道 关键 工序 。钛及 钛合金 的线膨胀 系数 小、 抗拉 强度 高 、 金属 流 动性 差 ， 所 以对 于大 规 格坯 料 若 在加工 过程 中采用 直 墩直 拔 ， 会 造 成 金属 变形 不 均 匀、 强度低 、 塑性 差Ｌ ２ ］ ， 而采用换 向镦 拔 ， 在锻 造过程 中 能 使得整 个坯料 截 面获 得非 常 均 匀 的组 织 ， 从 而提 高 产 品 的综 合性 能 。
要 均匀 、 速 度适 中。
首先 ， 铸锭在 ｌ １ ５ ０ ｏ Ｃ制 坯 ， 经 轴 向拔 长 至 方 坯 后， 空冷修磨 带锯 下料 。方坯 分两组 ， 一组采 用换 向镦 拔工 艺 ， 一 组采用 直镦 直拔 工 艺 。铸 锭在 ａ 十 相 变 点 以上大 变形 ， 变 形抗力 小 ， 塑性高 ， 锻透性 好 ， 铸造 的
作 行简 介 ：侯 鹏 （ １ ９ ８ ４ 一 ） ，男 ，陕 西两 安 人 ．助 理 工程 师 ，硕 上 ， 主要 从 事钛 及 钛 合 金等 有 色 金 属方 面产 品 的技 术研 发 作 。
第ｌ 期（ 总第 １ ７ ６ 期）
２ ０ １ ３年 ２ 月
机 械 工 程 与 自 动 化
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＩ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆． ＡＵＴＯＭ ＡＴＩ ＯＮ
Ｎｏ．１
Ｆｅ ｂ ．
文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ １ ３ ２ — ０ ２
１ 实 验 材 料 及 实 验 方 法
１ ． １ 实验 材 料
２ 实验 结 果 及 分 析
２ ． １ 低 倍 组 织
实验 采用西 部钛业 公 司生产 的 Ｔ Ｃ ４钛合 金铸 锭 ，
铸 锭相 变点 为 ９ ８ ０ ｏ Ｃ～ ９ ８ ５℃ ， 其 外 观 如 图 １所示 。 铸锭 经扒 皮 、 取样 、 探伤后 切除 冒 口， 扒 皮后 的成 品铸锭 外径为 秭 ９ ０ ｍｍ， 并经 中分锯 切后 转入后 序锻造工序 。
中 图分 类 号 ：Ｔ Ｇ ３ １ ６： ＴＧ１ ４ ６ ． ２ ３ 文 献标 识 码 ：Ａ
０ 引言
粗大组 织基本 被破 碎 ， 得到较均匀、 细小 的纤 维 组织 。
钛及 钛合 金具 有熔 点 高 、 密 度小 及 强度 高 等 主要 特点， 被 广泛应 用于航 空发 动机结 构 中 ， 如用 于制 造压