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        TC25 鈦合金鍛造工藝研究

        2021-10-20 08:06:36宗師劉保亮馮曉花西安三角防務(wù)股份有限公司
        鍛造與沖壓 2021年19期
        關(guān)鍵詞:力學(xué)性能工藝

        文/宗師,劉保亮,馮曉花·西安三角防務(wù)股份有限公司

        TC25 鈦合金是20 世紀(jì)70 年代初前蘇聯(lián)研制的一種熱強(qiáng)鈦合金,俄牌號是BT25,該合金的名義成分為:Ti-6.8Al-1.7Zr-2Sn-2Mo-0.7W-0.2Si, 屬 于Ti-Al-Zr-Sn-Mo-W-Si 系 的 變形馬氏體型α+β 兩相鈦合金。合金中含有鉬、鎢等高熔點(diǎn)的元素,熱強(qiáng)性、耐熱性很好,使用溫度達(dá)到550℃,其使用壽命可達(dá)3000h,所以該合金主要被用于航空發(fā)動機(jī)高壓壓氣機(jī)盤的制造。

        基于某型號發(fā)動機(jī)高壓壓氣機(jī)盤鍛件的試制任務(wù),開展TC25 鈦合金鍛造工藝研究。利用鍛造工藝影響組織,而組織又與性能、探傷結(jié)果密切相關(guān)這一原理,通過選用不同的鍛造工藝參數(shù),研究了TC25鈦合金鍛件的顯微組織、力學(xué)性能、探傷結(jié)果的變化規(guī)律,實(shí)現(xiàn)了TC25 合金鍛造工藝參數(shù)的最優(yōu)選取。

        試驗(yàn)材料及方法

        試驗(yàn)材料

        試驗(yàn)材料采用西部超導(dǎo)材料科技有限公司生產(chǎn)的φ250mm 規(guī)格TC25 鈦合金棒材,熔煉方式為真空自耗電弧爐三次熔煉。原材料經(jīng)過入廠復(fù)驗(yàn),各項(xiàng)指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

        試驗(yàn)方法

        用鋸床按工藝要求長度對棒材進(jìn)行下料,隨后在三種不同鍛造加熱溫度參數(shù)下進(jìn)行鍛造,具體鍛造工藝方案如下。

        方案一:(Tβ-40)℃保溫100min 后,升溫至(Tβ+15)℃保溫45min,出爐鍛造。

        方案二:(Tβ-40)℃保溫100min 后,升溫至(Tβ+20)℃保溫45min,出爐鍛造。

        方案三:(Tβ-40)℃保溫100min 后,升溫至(Tβ+30)℃保溫45min,出爐鍛造。

        三件TC25 鈦合金棒材鍛造完成后,按相同熱處理制度進(jìn)行雙重退火。隨后對三件鍛件開展解剖試驗(yàn)分析,分別對其顯微組織、力學(xué)性能、探傷水平進(jìn)行測試。水浸探傷在以色列LS-200LP 型全自動超聲波C 掃描設(shè)備上進(jìn)行,顯微組織檢查在OLYMPUS/GX53型光學(xué)顯微鏡上進(jìn)行,力學(xué)性能測試在美國INSTRON 5985 型電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。

        試驗(yàn)結(jié)果及分析

        鍛造工藝參數(shù)對TC25鈦合金鍛件顯微組織的影響

        對三種鍛造工藝所得到的TC25 鈦合金鍛件進(jìn)行顯微組織檢測,得到的顯微組織如圖1 所示。

        從圖1 可以看出,TC25 鈦合金在β 相變點(diǎn)上15℃鍛造后的顯微組織為含有少量初生等軸α 相的網(wǎng)籃組織,并且網(wǎng)籃比較短碎;在β 相變點(diǎn)上20℃鍛造后的顯微組織為典型的網(wǎng)籃組織,且內(nèi)部編織情況比較理想;在β 相變點(diǎn)上30℃鍛造后的顯微組織同為網(wǎng)籃組織,但網(wǎng)籃編織不理想,α 片層較厚且呈平行排列。

        圖1 TC25 鈦合金鍛件不同鍛造工藝下的顯微組織

        鍛造工藝參數(shù)對TC25鈦合金鍛件探傷結(jié)果的影響

        分別對三種鍛造工藝所得到的TC25 鈦合金鍛件進(jìn)行水浸探傷,得到的探傷結(jié)果如表1 所示。

        從表1 可以看出,TC25 鈦合金鍛件的探傷結(jié)果,隨著鍛造溫度的升高,噪聲與底波損失逐漸升高,但差距不大,都符合鍛件標(biāo)準(zhǔn)要求。

        表1 TC25 鈦合金鍛件不同鍛造工藝下的探傷結(jié)果

        鍛造工藝參數(shù)對TC25鈦合金鍛件力學(xué)性能的影響

        三種鍛造工藝所得到的TC25 鈦合金鍛件力學(xué)性能測試結(jié)果如表2 ~表4 所示。

        通過對比表2 ~表4 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出,采用β 相變點(diǎn)上20℃工藝方案鍛造的TC25 鈦合金鍛件室溫拉伸、高溫拉伸、熱穩(wěn)定等綜合性能最優(yōu)。這主要是由于采用該工藝方案生產(chǎn)的鍛件得到了理想的網(wǎng)籃組織,從而保證了鍛件性能的最佳匹配;而其余兩種工藝方案生產(chǎn)的鍛件顯微組織照片中網(wǎng)籃編織不理想,并存在網(wǎng)籃短碎、α 片層較厚且呈平行排列等問題,造成了其力學(xué)性能不佳的結(jié)果。

        表2 TC25 鈦合金鍛件不同鍛造工藝下的室溫拉伸性能

        表3 TC25 鈦合金鍛件不同鍛造工藝下的高溫拉伸性能

        表4 TC25 鈦合金鍛件不同鍛造工藝下的熱穩(wěn)定性能

        結(jié)束語

        采用β 相變點(diǎn)上20℃鍛造的TC25 鈦合金鍛件顯微組織為典型的網(wǎng)籃組織,且內(nèi)部編織情況比較理想,室溫拉伸、550℃高溫拉伸、熱穩(wěn)定等性能均較好,采用該鍛造工藝參數(shù)可生產(chǎn)出符合鍛件標(biāo)準(zhǔn)且綜合性能匹配最優(yōu)的鍛件。

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