前言

TA12A 是(shi)一種近 α 熱強鈦(tai)合(he)金，主要用于(yu)制造(zao)(zao)航空發(fa)動機(ji)的(de)壓(ya)氣機(ji)和(he)風扇(shan)的(de)盤件、葉片(pian)和(he)機(ji)匣等零件。其名義成(cheng)(cheng)分為 Ti-5. 5Al-3. 5Sn-3. 0Zr-0. 7 Mo-0. 3Si-0. 4Nb-0. 4Ta，所含(han)合(he)金元素(su)種類較(jiao)(jiao)多(duo)，且含(han)量較(jiao)(jiao)高，β 穩(wen)(wen)定元素(su)含(han)量低，工(gong)藝塑性差(cha)，尤其是(shi)在相變點(dian)（Tβ）以(yi)下鍛(duan)造(zao)(zao)，鍛(duan)造(zao)(zao)過(guo)程(cheng)極易開(kai)裂，打磨損(sun)耗大，造(zao)(zao)成(cheng)(cheng)了很大的(de)生(sheng)產成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)浪費，而且延長了生(sheng)產周期(qi)。因此，開(kai)展減少 TA12A 鈦(tai)合(he)金鍛(duan)造(zao)(zao)過(guo)程(cheng)開(kai)裂工(gong)藝研究，提高 TA12A 鈦(tai)合(he)金鍛(duan)造(zao)(zao)成(cheng)(cheng)品(pin)率(lv)，穩(wen)(wen)定生(sheng)產過(guo)程(cheng)，實現降(jiang)本(ben)(ben)增效，非(fei)常(chang)有必要。

實驗方法

通過(guo)(guo)(guo)現(xian)場觀(guan)察(cha)與分析，TA12A 合(he)金在相變點(dian) （Tβ）以(yi)(yi)下(xia)鍛(duan)(duan)造(zao)(zao)過(guo)(guo)(guo)程中，坯(pi)料表面(mian)及(ji)端頭(tou)均會(hui)出(chu)現(xian)不同程度的(de)(de)開(kai)裂，主(zhu)要原因(yin)為(wei)(wei)表面(mian)及(ji)端頭(tou)溫降導致塑性變差，拔長時(shi)出(chu)現(xian)開(kai)裂問題。本實驗目標產品(pin)為(wei)(wei) ?400mm 規(gui)格 TA12A 大規(gui)格棒材(cai)，在兩相區開(kai)展(zhan)鍛(duan)(duan)造(zao)(zao)實驗，每次(ci)鍛(duan)(duan)造(zao)(zao)前采用(yong)石(shi)(shi)(shi)棉包(bao)覆，觀(guan)察(cha)鍛(duan)(duan)造(zao)(zao)過(guo)(guo)(guo)程及(ji)鍛(duan)(duan)后表面(mian)開(kai)裂情況(kuang)。通過(guo)(guo)(guo)多次(ci)實驗后得出(chu)以(yi)(yi)后主(zhu)要控制(zhi)參數：石(shi)(shi)(shi)棉與坯(pi)料接觸(chu)的(de)(de)一面(mian)需(xu)均勻涂覆一層玻璃粉；每次(ci)加熱出(chu)爐后，坯(pi)料包(bao)裹石(shi)(shi)(shi)棉的(de)(de)時(shi)間應控制(zhi)在 5min 以(yi)(yi)內，為(wei)(wei)防止石(shi)(shi)(shi)棉在鍛(duan)(duan)造(zao)(zao)過(guo)(guo)(guo)程中掉落，需(xu)在鍛(duan)(duan)前采用(yong) 10mm~20mm 壓(ya)下(xia)量壓(ya)緊石(shi)(shi)(shi)棉。

實驗結果及分析

公(gong)司(si) 2020 年(nian)(nian)生產(chan)了(le) 5 批 TA12A 合金 ?400mm 規格棒(bang)材(cai)，未采用石(shi)棉包覆(fu)(fu)，2021 年(nian)(nian)采用本實驗方法(fa)生產(chan)了(le) 8 批 TA12A 合金 ?400mm 規格棒(bang)材(cai)。2021 年(nian)(nian) 的 8 批產(chan)品(pin)(pin)除采用本實驗方法(fa)石(shi)棉包覆(fu)(fu)外，其他(ta)鍛(duan)造工(gong)藝與 2020 年(nian)(nian)的 5 批產(chan)品(pin)(pin)完全一致。2020 年(nian)(nian) TA12A 在(zai)兩相區鍛(duan)造過程中出現的典型(xing)開(kai)(kai)裂照片見圖 1，開(kai)(kai)裂嚴(yan)(yan)重(zhong)，打磨難(nan)度(du)大，成品(pin)(pin)率較(jiao)低，5 批次產(chan)品(pin)(pin)鍛(duan)造成品(pin)(pin)率平均值為 63.29%，嚴(yan)(yan)重(zhong)增加了(le)公(gong)司(si)的生產(chan)成本。

圖 1 2020 年(nian) TA12A 未包覆石棉(mian)鍛造過程開裂(lie)典型照片

  （a）端(duan)頭開裂典型(xing)照(zhao)片 （b）表面開裂典型(xing)照(zhao)片

2021 年(nian)(nian) TA12A 采(cai)用(yong)(yong)本(ben)實(shi)驗(yan)方法(fa)在兩相區開展石棉(mian)包覆(fu)(fu)鍛(duan)造(zao)(zao)(zao)的(de)(de)(de)過(guo)程照片見(jian)圖 2，鍛(duan)造(zao)(zao)(zao)后表(biao)面(mian)質(zhi)量情況見(jian)圖 3。采(cai)用(yong)(yong)石棉(mian)包覆(fu)(fu)后，能有(you)(you)(you)效減(jian)(jian)少(shao)(shao)坯料(liao)表(biao)面(mian)溫降(jiang)，避免坯料(liao)表(biao)面(mian)與砧子(zi)(zi)直接接觸，減(jian)(jian)少(shao)(shao)了坯料(liao)與砧子(zi)(zi)間的(de)(de)(de)摩擦，對(dui)(dui)于降(jiang)低坯料(liao)表(biao)面(mian)開裂具(ju)有(you)(you)(you)顯(xian)著作(zuo)用(yong)(yong)。公(gong)司 2020 年(nian)(nian)生產(chan)的(de)(de)(de) 5 批(pi) TA12A?400mm 棒(bang)(bang)(bang)材和 2021 年(nian)(nian)生產(chan)的(de)(de)(de) 8 批(pi)次 TA12A?400mm 棒(bang)(bang)(bang)材的(de)(de)(de)鍛(duan)造(zao)(zao)(zao)成品率(lv)見(jian)表(biao) 1，對(dui)(dui)比圖見(jian)圖 4。從表(biao) 1 的(de)(de)(de)數據(ju)及圖的(de)(de)(de)對(dui)(dui)比圖可以(yi)得出，通過(guo)采(cai)用(yong)(yong)石棉(mian)包覆(fu)(fu)工藝顯(xian)著提升(sheng)了 TA12A 鍛(duan)造(zao)(zao)(zao)成品率(lv)，平均鍛(duan)造(zao)(zao)(zao)成品率(lv)由(you)原 63.29%提 升(sheng)至 71.45%，平均成品率(lv)提升(sheng)約(yue) 8.16%。對(dui)(dui)公(gong)司 2020 年(nian)(nian)生產(chan)的(de)(de)(de) 5 批(pi)TA12A?400mm 棒(bang)(bang)(bang)材和 2021 年(nian)(nian)生產(chan)的(de)(de)(de) 8 批(pi)次 TA12A?400mm 棒(bang)(bang)(bang)材的(de)(de)(de)各(ge)項(xiang)力學(xue)性能檢測數據(ju)結(jie)果(guo)進行(xing)了統計，具(ju)體見(jian)表(biao) 2。2021 年(nian)(nian)各(ge)項(xiang)力學(xue)性能檢測結(jie)果(guo)相比 2020 年(nian)(nian)均有(you)(you)(you)所 提高，各(ge)項(xiang)力學(xue)性能 Cv 值(zhi)較 2020 年(nian)(nian)有(you)(you)(you)所下降(jiang)，批(pi)次穩定(ding)(ding)性提高，生產(chan)過(guo)程更加(jia)穩定(ding)(ding)。

結論

  （1）TA12A 在兩相區鍛(duan)(duan)(duan)造時采用(yong)石棉(mian)包覆(fu)工藝， 能有效減少(shao)坯(pi)料表面溫降，避(bi)免坯(pi)料表面與砧子直接接觸，對(dui)減少(shao)坯(pi)料表面開(kai)裂具有顯著作用(yong)。通(tong)過采用(yong)石棉(mian)包覆(fu)工藝顯著提升(sheng)了(le) TA12A 鍛(duan)(duan)(duan)造成品(pin)率(lv)，平均(jun)鍛(duan)(duan)(duan)造成品(pin)率(lv)由(you)原 63.29%提升(sheng)至 71.45%，平均(jun)鍛(duan)(duan)(duan)造成品(pin)率(lv)提高(gao)約 8.16%。

  （a）石(shi)棉包覆中 （b）石(shi)棉包覆后(hou)

  （c）包(bao)覆鍛造前 （d）壓實石棉(mian)

  （e）石棉(mian)包覆鐓粗(cu) （f）石棉(mian)包覆拔長

  （g）石(shi)棉(mian)(mian)包覆(fu)鍛后熱料(liao) （h）石(shi)棉(mian)(mian)包覆(fu)鍛后冷料(liao)

   圖 2 2021 年 TA12A 石(shi)棉包覆鍛造(zao)的過程照(zhao)片

圖 3 包(bao)覆(fu)石棉 TA12A 鍛坯鍛后表面(mian)情況

鍛坯端頭 鍛坯表面

  表 1 ?400mm 規格 TA12A 棒材成品率統計

  圖(tu) 4 ?400mm 規格 TA12A 棒材成品率對(dui)比圖(tu)

  表 2 ?400mm 規格 TA12A 棒材各(ge)項(xiang)力學(xue)指標(biao)檢測結(jie)果(guo)

  （2）TA12A 在兩相區(qu)鍛造時采用石棉(mian)包覆(fu)工藝， 生產(chan)過程較未(wei)包覆(fu)石棉(mian)時更加穩定，產(chan)品批次穩定性提高。