钛合金的锻造温度是基于β相变点,一般选择在高于β相变点50~150的β区域进行粗锻造。
精密锻造是在低于β相点50~150的α+β区域进行的,因为钛合金在高温锻造时容易氧化,因此,锻造温度应尽量降低而不产生锻造裂纹。
为了获得高强度和延展性,精密锻造在α+β区域,应控制锻造温度,减少加热次数,增加锻造比,此外,还应尽量避免加热时过热,和锻造加工产生热量,
保证钛合金的理想锻造比和优良性能。
钛合金锻件的变形能和变形抗力
有些钛合金锻造变形能较低,如α合金Ti-5Al-2.5Sn,近α合金Ti-8Al-1Mo-1V,其锻造温度范围很窄,因此,此类合金必须反复加热锻造。
几乎所有的钛合金在β转变点以下的低温区,变形抗力急剧增加。
具代表性的是Ti - 6al - 4v合金,虽然具有良好的可锻性,但在β相变点温度低于的区域内,变形抗力仍在迅速增加。
此外,应变速率还影响钛合金的变形抗力。
变形速度越快,变形阻力越大。
因此,在钛合金精密锻造过程中,在狭窄的锻造温度区,锻造速度应放缓。
锻造加热方法
钛合金锻造加热炉与其他金属材料加热炉有很多共同之处。不同的是钛的导热系数低,而且必须长时间加热。更重要的是,为防止热氧化和吸氢现象的发生,当在煤气炉内长时间加热时,应使用不锈钢材料衬里,避免直接用火焰加热钛炉。
对于新加热炉或长时间不使用的加热炉,在使用前应烧干加热炉内的水分。
钛的锻造分类
钛的锻造包括锻造工艺、锻造方法、锻造设备、锻造温度。
其锻造方法主要是根据产品的形状、微观组织和力学性能要求。
1. 开胚锻造
为了将钛锭加工成锻造和轧制产品,应先进行坯料锻造。由于钛锭尺寸大,变形能力低,在锻造过程中容易产生裂纹。因此,在锻造初期,必须在β区加热,然后重复锻造,使钢锭中心部位的粗大组织得到细化。晶粒细化后,再加工到低温区(α+β区)加热锻造。在坯料锻造中重要的是形状变量越大,铸件结构就不易产生裂纹。相反,坯料变形越小,在反复锻造作业中,由于坯料中部和表面分布不均匀,容易发生微裂纹。在坯料锻造过程中,通常采用平锤砧进行自由锻造。
2. 自由锻造
锻造前,锤头应在150 ~ 250℃预热。锻造方坯和板坯在β到α+β区域内,可改善锻造产品的组织。虽然自由锻造的精度和成品率较低,但可以节省金属模具的成本。适用于形状简单、产量小的产品,如钛坯、钛棒、钛环等。体积大的产品可自由锻造与坯料锻造相同的设备,体积小的产品可在0.5 ~ 2T的锻造设备中使用。
3. 模锻
模锻是将一定形状和尺寸的钛坯或小坯精锻成一定形状的过程。模锻通常在低温(α+β区)下进行。模锻虽然可以提高尺寸精度和成品率,但由于模具生产成本高,更适合批量生产形状复杂的锻件,如飞机零件、汽车零件、汽轮机叶片等。
模锻设备选择:较大尺寸的坯料可选择1500 ~ 8000t油压(或液压)机;小方坯可使用l ~ 4吨锤锻。由于锻锤在锻造过程中施加了很大的动能,因此要注意防止热锻引起的过热。
4. 旋锻
大型钛合金环制品可采用旋锻工艺进行锻造,可减小锻件与模具的接触面积和旋锻力。
5. 恒温锻造
在恒温锻造过程中,模具和锻件保持相同的温度,低速加工。锻件抗变形能力低,锻件质量均匀。而质量均匀的锻件加工负荷仅为普通锻件负荷的1/5~1/8,但成本太高,因此尚未得到广泛应用。