1、引言
某型號飛機發(fā)動機掛架用TC4鈦合金鍛件尺寸大(單重142 kg，長度1700mm，寬度380mm)，形狀復雜，對探傷及性能要求高。采用模鍛的方法生產(chǎn)需要的設(shè)備噸位大。采用自由鍛方法生產(chǎn)，由于鍛件的尺寸大，組織很難控制。且國內(nèi)無此類鍛件成熟的生產(chǎn)工藝可供鑒。為此，本實驗探討了在水壓機上自由鍛制坯、胎模鍛成形、鍛制TC4合金大型鍛件的生產(chǎn)工藝，為航空用大型鈦合金鍛件的工業(yè)化生產(chǎn)提供工藝參考。
2、實驗過程
飛機用大型TC4鈦合金鍛件(圖1)，有兩個難點：①不僅要求3個面探傷，而且要求達到AA級探傷水平(雜波水平要達到φ1.2mm一9dB)；②鍛件形狀復雜，各相關(guān)尺寸公差小，變截面處有流線要求。
45#鋼坯外購。尺寸為φ720mm、重4t的TC4合金鑄錠由寶雞鈦業(yè)股份有限公司熔鑄廠采用真空自耗電弧爐熔鑄，化學成分符合國家標準。自由鍛設(shè)備為1250 t水壓機和3150 t水壓機。
依據(jù)寶雞鈦業(yè)股份有限公司現(xiàn)有設(shè)備能力和工藝水平，以及對同規(guī)格TC4鍛坯探傷摸底，用45#鋼坯進行了預(yù)鍛工藝試驗，初步擬訂工藝路線為：鑄錠--->棒坯鍛造--->自由鍛制坯--->胎模鍛成形--->熱處理--->機加工--->性能檢測。
3、實驗結(jié)果及討論
3.1 鍛造工藝
由于成品鍛件最大截面尺寸為380mmx82 mm，而棒坯在自由鍛制坯及胎模鍛成形過程中變形量小。因此，為了保證整個鍛件均達到AA級的探傷水平，在棒坯鍛造過程中要對棒坯組織和性能和進行嚴格控制，以獲得均勻良好的雙態(tài)組織。
自由鍛制坯在1250t水壓機上完成。由于鍛件長為1700mm、局部截面尺寸為380mmx82mm，無法局部鐓制，故只能按最大截面選擇棒坯尺寸。考慮到橫向鍛造時，軸向長度也會少量增加，因此棒坯直徑為φ270mm。采用上窄、下寬錘頭，用偏心軸鍛造方法拔長小截面處，以保證底面平整。另外，在鍛造過程中要不斷整形，矯正金屬上下部流動不均勻產(chǎn)生的彎曲。胎模設(shè)計要注意：①模腔各變截面處尺寸適當加大，留有機加工余量；②模具沒有頂出孔及拔模斜度，利于鍛件出模；③模腔四周設(shè)有飛邊槽，容納多余的金屬，保護模具，增加金屬模腔外四周和流動阻力，迫使金屬充滿模腔。在胎模鍛成形過程中，模具需預(yù)熱到400℃左右，模內(nèi)加潤滑劑，鍛坯表面涂玻璃粉，提高鍛坯在模內(nèi)的流動性，使坯料在模腔內(nèi)能夠充滿。
3.2 鍛件的組織
鍛件低倍觀察見圖2。可見，鍛件變截面處流線完整，無任何被切斷的痕跡，鍛件中部流線不對稱。這主要是由于在自由鍛初成形過程中，是用圓棒壓在長方形鍛坯上，用錘頭壓圓棒壓制出圓弧形的細頸部分，再用錘頭錘打拔長，保持了流線的完整性；而偏心軸拔長使鍛件中部流線不對稱。
將鍛件分成2個區(qū)，并在不同方向各截取3個試樣，觀察高倍組織，見圖3，圖4。
圖3，圖4表明，TC4鈦合金鍛件高倍組織中，縱向、短橫向、長橫向差異很小，均為等軸α+β轉(zhuǎn)組織。
3.3 鍛件的性能
鍛件經(jīng)過780℃，2h空冷熱處理后，在不同方向截取試樣，測試了力學性能。結(jié)果見表1。
從表1可以看出，采用本實驗研究的鍛造工藝制備的鍛件力學性能良好，完全滿足技術(shù)條件要求。
3.4 探傷
對整個鍛件進行探傷檢查。在尺寸為380mm×82mm大截面部分的端面附近雜波達到φ1.2mm-9dB，其它區(qū)域均達到φ1.2mm-15dB，均滿足φ1.2mm-9dB的技術(shù)要求。
3.5 尺寸檢查
采用本實驗研究的生產(chǎn)工藝共生產(chǎn)了3批次41件，尺寸均達到技術(shù)要求。表明采用自由鍛制坯、胎模鍛成形方法鍛制飛機用大型TC4鈦合金鍛件是完全可行的。
4、結(jié)論
采用本實驗研究的棒壞鍛造--->自由鍛制坯--->胎模鍛成形--->熱處理--->機加工--->檢驗工藝流程，生產(chǎn)飛機用TC4合金鍛件完全可行。主要力學性能指標(抗拉強度為905 MPa，屈服強度為830 MPa，ak值為38.9J/cm2，室溫缺口試驗是1170 MPa，7h未斷)完全滿足技術(shù)條件要求，探傷檢查除380mm×82mm大截面部分的端面附近雜波達到φ1.2mm-9dB，其它區(qū)域均達到φ1.2mm-15dB，滿足φ1.2mm-9dB的技術(shù)要求；采用本實驗工藝共生產(chǎn)了3批次4l件，尺寸均達到鍛件用的要求。
參考文獻
【1】Yang Zhenheng(楊振恒)．Forging Technology(鍛造工藝學)．Xi’an：Northwest Industry University Press，1999
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