減少TA12A 鈦合金鍛造過(guò)程表面開(kāi)裂工藝研究

黃艷華，馮繼才，彭 暉，樊 凱

（湖南金天鈦業(yè)科技有限公司，湖南 常德 415000）

1 前言

TA12A 是一種近α 熱強(qiáng)鈦合金，主要用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)和風(fēng)扇的盤件、葉片和機(jī)匣等零件[1-4]。其名義成分為Ti-5.5Al-3.5Sn-3.0Zr-0.7 Mo-0.3Si-0.4Nb-0.4Ta，所含合金元素種類較多，且含量較高，β 穩(wěn)定元素含量低，工藝塑性差，尤其是在相變點(diǎn)（Tβ）以下鍛造，鍛造過(guò)程極易開(kāi)裂，打磨損耗大，造成了很大的生產(chǎn)成本浪費(fèi)，而且延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期。因此，開(kāi)展減少TA12A 鈦合金鍛造過(guò)程開(kāi)裂工藝研究，提高TA12A 鈦合金鍛造成品率，穩(wěn)定生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)降本增效，非常有必要。

2 實(shí)驗(yàn)方法

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察與分析，TA12A 合金在相變點(diǎn)（Tβ）以下鍛造過(guò)程中，坯料表面及端頭均會(huì)出現(xiàn)不同程度的開(kāi)裂，主要原因?yàn)楸砻婕岸祟^溫降導(dǎo)致塑性變差，拔長(zhǎng)時(shí)出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題。本實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)產(chǎn)品為?400mm 規(guī)格TA12A 大規(guī)格棒材，在兩相區(qū)開(kāi)展鍛造實(shí)驗(yàn)，每火次鍛造前采用石棉包覆，觀察鍛造過(guò)程及鍛后表面開(kāi)裂情況。通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)后得出以后主要控制參數(shù)：石棉與坯料接觸的一面需均勻涂覆一層玻璃粉；每火次加熱出爐后，坯料包裹石棉的時(shí)間應(yīng)控制在5min 以內(nèi)，為防止石棉在鍛造過(guò)程中掉落，需在鍛前采用10mm～20mm 壓下量壓緊石棉。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

公司2020 年生產(chǎn)了5 批TA12A 合金?400mm規(guī)格棒材，未采用石棉包覆，2021 年采用本實(shí)驗(yàn)方法生產(chǎn)了8 批TA12A 合金?400mm 規(guī)格棒材。2021 年的8 批產(chǎn)品除采用本實(shí)驗(yàn)方法石棉包覆外，其他鍛造工藝與2020 年的5 批產(chǎn)品完全一致。2020 年TA12A 在兩相區(qū)鍛造過(guò)程中出現(xiàn)的典型開(kāi)裂照片見(jiàn)圖1，開(kāi)裂嚴(yán)重，打磨難度大，成品率較低，5 批次產(chǎn)品鍛造成品率平均值為63.29%，嚴(yán)重增加了公司的生產(chǎn)成本。

圖1 2020 年TA12A 未包覆石棉鍛造過(guò)程開(kāi)裂典型照片

2021 年TA12A 采用本實(shí)驗(yàn)方法在兩相區(qū)開(kāi)展石棉包覆鍛造的過(guò)程照片見(jiàn)圖2，鍛造后表面質(zhì)量情況見(jiàn)圖3。采用石棉包覆后，能有效減少坯料表面溫降，避免坯料表面與砧子直接接觸，減少了坯料與砧子間的摩擦，對(duì)于降低坯料表面開(kāi)裂具有顯著作用。

圖2 2021 年TA12A 石棉包覆鍛造的過(guò)程照片

圖3 包覆石棉TA12A 鍛坯鍛后表面情況

公司2020 年生產(chǎn)的5 批TA12A?400mm 棒材和2021 年生產(chǎn)的8 批次TA12A?400mm 棒材的鍛造成品率見(jiàn)表1，對(duì)比圖見(jiàn)圖4。從表1 的數(shù)據(jù)及圖的對(duì)比圖可以得出，通過(guò)采用石棉包覆工藝顯著提升了TA12A 鍛造成品率，平均鍛造成品率由原63.29%提升至71.45%，平均成品率提升約8.16%。

圖4 ?400mm 規(guī)格TA12A 棒材成品率對(duì)比圖

表1 ?400mm 規(guī)格TA12A 棒材成品率統(tǒng)計(jì)

對(duì)公司2020 年生產(chǎn)的5 批TA12A?400mm 棒材和2021 年生產(chǎn)的8 批次TA12A?400mm 棒材的各項(xiàng)力學(xué)性能檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，具體見(jiàn)表2。2021 年各項(xiàng)力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果相比2020 年均有所提高，各項(xiàng)力學(xué)性能Cv 值較2020 年有所下降，批次穩(wěn)定性提高，生產(chǎn)過(guò)程更加穩(wěn)定。

表2 ?400mm 規(guī)格TA12A 棒材各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

4 結(jié)論

（1）TA12A 在兩相區(qū)鍛造時(shí)采用石棉包覆工藝，能有效減少坯料表面溫降，避免坯料表面與砧子直接接觸，對(duì)減少坯料表面開(kāi)裂具有顯著作用。通過(guò)采用石棉包覆工藝顯著提升了TA12A 鍛造成品率，平均鍛造成品率由原63.29%提升至71.45%，平均鍛造成品率提高約8.16%。

（2）TA12A 在兩相區(qū)鍛造時(shí)采用石棉包覆工藝，生產(chǎn)過(guò)程較未包覆石棉時(shí)更加穩(wěn)定，產(chǎn)品批次穩(wěn)定性提高。