崔一平 魏志堅(jiān) 葉俊青 謝永富 顧莉莉 楊國(guó)平

(貴州安大航空鍛造有限責(zé)任公司技術(shù)中心，貴州561005)

BT25屬于馬氏體型α+β兩相變形熱強(qiáng)鈦合金。合金元素選用了錫和鎢，從而提高了合金的熱強(qiáng)性和耐熱性，也提高了合金的工作壽命。該合金具有比較好的工藝塑性，其變形規(guī)范與TC11相似，用于制造高壓壓氣機(jī)盤(pán)、隔環(huán)等鍛件。

國(guó)內(nèi)某重點(diǎn)型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)第一、六、七級(jí)高壓壓氣機(jī)盤(pán)及后安裝邊、三號(hào)機(jī)匣殼體等零件均采用國(guó)產(chǎn)BT25鈦合金棒材生產(chǎn)。分析俄羅斯七級(jí)盤(pán)樣件后，確定其組織為β鍛工藝生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)各鍛造廠在研制階段突破了β鍛工藝生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，生產(chǎn)的鍛件高低倍組織均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但是高溫強(qiáng)度差異較大。某鍛造廠生產(chǎn)的第七級(jí)高壓壓氣機(jī)盤(pán)，理化測(cè)試高溫強(qiáng)度不合格。通過(guò)多次工藝試驗(yàn)，然后對(duì)整批鍛件進(jìn)行重復(fù)熱處理，最終理化強(qiáng)度符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，但富裕量仍很小。對(duì)此，我們進(jìn)行了分析研究。

1 原材料化學(xué)成分

BT25鈦合金化學(xué)成分要求見(jiàn)表1。

表1 化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 The requirement for chemical composition(mass fraction, %)

2 鍛件高溫拉伸性能及鍛件熱處理制度

2.1 高溫拉伸性能指標(biāo)

鍛件高溫拉伸性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

2.2 熱處理制度

一次退火：相變點(diǎn)以下30～50℃加熱保溫，空冷；

二次退火：530～570℃×6 h空冷。

表2 高溫拉伸性能指標(biāo)Table 2 The requirement for high temperature tensile property

3 鍛件高溫拉伸性能檢測(cè)

我們對(duì)俄羅斯樣件及國(guó)內(nèi)鍛造廠生產(chǎn)的鍛件進(jìn)行了高溫拉伸性能檢測(cè)，結(jié)果如下。

(1)俄羅斯樣件的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

(2)一級(jí)盤(pán)高溫拉伸性能見(jiàn)表4。鍛件熱處理制度為970℃×1 h，空冷；550℃×6 h，空冷。

(3)六級(jí)盤(pán)高溫拉伸性能見(jiàn)表5。六級(jí)盤(pán)由兩個(gè)爐號(hào)的鋼組成。爐號(hào)5520-20060630的鍛件熱處理制度是：977℃×2 h 50 min，空冷；550℃×6 h 50 min，空冷。爐號(hào)565-08406的鍛件熱處理制度是：982℃×2 h 50 min，空冷；530℃×6 h 50 min，空冷。

表3 俄羅斯樣件的高溫拉伸性能Table 3 The high temperature tensile property of Russian sample piece

表4 一級(jí)盤(pán)高溫拉伸性能Table 4 The high temperature tensile property of first grade disc

表5 六級(jí)盤(pán)高溫拉伸性能Table 5 The high temperature tensile property of sixth grade disc

(4)采用爐號(hào)為BT25—10648的鈦合金生產(chǎn)的七級(jí)盤(pán)的高溫拉伸性能見(jiàn)表6。鍛件熱處理制度為：970±10℃×2 h 45 min，空冷；560±5℃×6 h 45 min，空冷。與技術(shù)要求比較可知，高溫拉伸性能不合格。

表6 七級(jí)盤(pán)高溫拉伸性能Table 6 The high temperature tensile property of seventh grade disc

對(duì)七級(jí)盤(pán)鍛件進(jìn)行重復(fù)熱處理。重復(fù)熱處理制度為：988℃×2 h 50 min，空冷；555℃×6 h 50 min，空冷。解剖件性能結(jié)果見(jiàn)表7，試驗(yàn)環(huán)性能結(jié)果見(jiàn)表8。

(5)采用爐號(hào)為565-08406的鈦合金生產(chǎn)的七級(jí)盤(pán)，其試驗(yàn)環(huán)(從鍛件本體切取)高溫拉伸性能見(jiàn)表9。鍛件熱處理制度為：982±10℃×2 h 45 min，空冷；530±5℃×6 h 45 min，空冷。解剖件(鍛件本體)高溫拉伸性能見(jiàn)表10。

表7 解剖件高溫拉伸性能Table 7 The high temperature tensile property of dissected pieces

表8 試驗(yàn)環(huán)高溫拉伸性能Table 8 The high temperature tensile property of test ring

表9 試驗(yàn)環(huán)高溫拉伸性能Table 9 The high temperature tensile property of test ring

表10 解剖件高溫拉伸性能Table 10 The high temperature tensile property of dissected pieces

表11 環(huán)形件高溫拉伸性能Table 11 The high temperature tensile property of ring shaped pieces

表12 殼體環(huán)形件高溫拉伸性能Table 12 The high temperature tensile property of shell ring shaped pieces

(6)后安裝邊環(huán)形件高溫拉伸性能見(jiàn)表11。鍛件熱處理制度為：980℃×1 h 30 min，空冷；530℃×6 h，空冷。

(7)三號(hào)機(jī)匣殼體環(huán)形件高溫拉伸性能見(jiàn)表12。鍛件熱處理制度為：980℃×2 h 50 min，空冷；530℃×6 h，空冷。

4 分析

4.1 鑒于一級(jí)盤(pán)、六級(jí)盤(pán)、七級(jí)盤(pán)、后安裝邊及三號(hào)機(jī)匣殼體鍛件的低倍及高倍組織與俄羅斯樣件組織相當(dāng)，因此，七級(jí)盤(pán)出現(xiàn)的強(qiáng)度指標(biāo)偏小的問(wèn)題與高、低倍組織無(wú)關(guān)。

4.2 鍛件熱處理制度尤其是冷卻速度比較關(guān)鍵。一般提高第一次退火溫度，降低第二次退火溫度，可以提高高溫強(qiáng)度，但如果匹配不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致室溫塑性不合格。熱處理制度對(duì)強(qiáng)度指標(biāo)的貢獻(xiàn)是有限的，到一定程度兩次退火制度即使達(dá)到最佳匹配，強(qiáng)度指標(biāo)仍然不高，與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相比富裕量仍較小。

4.3 強(qiáng)度指標(biāo)除與鍛件高、低倍組織有關(guān)外還與原材料的化學(xué)成分有關(guān)。經(jīng)對(duì)比俄羅斯樣件、寶鈦集團(tuán)、西部超導(dǎo)、西部鈦業(yè)所提供的材料的化學(xué)成分可以看出，西部鈦業(yè)提供的爐號(hào)為BT25-10648的棒材Al、Zr、Sn三種元素與俄羅斯樣件、寶鈦集團(tuán)及西部超導(dǎo)差異較大。與其平均值比較，Al含量低0.14%，Zr含量低1.22%，Sn含量低0.51%，這才是七級(jí)盤(pán)強(qiáng)度指標(biāo)富裕量小的直接原因。

4.4 作為熱強(qiáng)鈦合金，除了用Al、Si對(duì)Ti進(jìn)行合金化外，為有效的強(qiáng)化α固溶體需要添加Sn和Zr。Zr元素具有微合金化的作用，能夠減小晶粒大小和沿晶粒邊界的雜質(zhì)含量，從而確保亞穩(wěn)定相更加彌散均勻的分解。由于Sn和Zr在α-Ti和β-Ti中均為無(wú)限互溶，組分的減少對(duì)高溫強(qiáng)化相的分布非常明顯，強(qiáng)化作用的降低是必然的。因此作為原材料化學(xué)成分的控制應(yīng)該有所選擇，并不是符合技術(shù)條件就能滿足鍛件研制要求。

5 結(jié)論

BT25鈦合金棒材化學(xué)成分Al、Zr、Sn三種元素的含量對(duì)采用β鍛、雙重退火的鍛件高溫性能強(qiáng)度指標(biāo)影響非常明顯。三種元素的控制是有講究的，并不是符合棒材技術(shù)條件就能夠正常使用。

Al元素按中限控制，Zr、Sn元素按偏上限控制。建議原材料冶煉廠以此作為內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。

[1] А.И.Хорёв.航空航天技術(shù)用鈦合金及其發(fā)展前景.鈦合金譯文集(三)，2007年12月.