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摘要：近年来，钛合金因其高的比强度、优异的耐腐蚀性、良好的生物相容性等优点，迅速发展成为具有强大生命力的新型关键结构材料，被广泛应用于航空航天、军事工业、石油化工以及医疗卫生等领域。从工业价值和资源寿命的发展前景来看，它仅次于铁、铝而被誉为正在崛起的“第三金属”。本文分析了钛合金锻造工艺及其锻件的应用
关键词：钛合金；锻造；V应用
1钛合金锻造工艺
1.1α+β锻造
α+β锻造即常规锻造，是在相变点以下30～50℃加热、变形（见图1），常规锻造一般得到的是等轴组织(α等+β转)。其钛合金锻件具有高的塑性和室温强度，但是高温性能和断裂韧性不好，如图2为TC11钛合金经过常规锻造后的高倍组织图。常规锻造由于研究较深入，操作简单易行，且成本较低，因此应用广泛。
在（α+β）区变形过程中同时发生β晶粒和α片形状的变化，β晶粒被压扁，沿金属流动方向拉长、破碎，晶界附近与晶内α相间的差别逐渐消失。当变形程度超过60%～70%后，己没有任何可见的片状组织痕迹了。在一定温度和变形程度下发生再结晶，且α相的再结晶先于β相的再结晶，再结晶后的α晶粒，呈扁球形状，没有再结晶的α晶粒形状为盘状、杆状或纤维状。
侯会喜研究了TC6钛合金在(α+β)两相区锻造时，变形温度的高低对锻件初生α相含量的影响。变形温度越低，初生α相的含量就越多。由于锻件的室温力学性能和高温力学性能与初生α相的含量密切相关，因此，为了确保(α+β)两相合金具有最好的综合性能，在进行TC6合金锻造时，必须严格控制变形温度，使等轴初生相颗粒的总含量在15%～45%。
1.2等温锻造
等温锻造是一种先进的加工工艺，可以使钛合金等难变形材料在相对恒温的变形温度下，以极低的变形速率，一次成形得到形状复杂的精密锻件。采用该工艺成形的锻件仅需少量的机械加工即可装配使用，材料利用率高，且由于工艺可控性好，变形均匀，锻件的组织性能更加稳定和均匀，批量生产时，具有显著的经济效益。与常规锻造相比，等温锻造钛合金有以下优点：①等温锻造可实现精密锻造，锻造载荷较小，模具磨损小。②容易控制加工参数，可获得均匀一致的微观组织，较少出现粗大晶粒，能够获得20%～30%球状a相，故其力学性能与常规锻造相当或优于常规锻造的产品。③等温锻造工艺还可减小或消除模具激冷和材料应变硬化的影响，显著降低变形抗力，提高坯料的成形性能。因此，等温锻造工艺已成为当前国内外钛合金锻件生产工艺的重要发展方向。
目前发达国家等温锻造硬件都已相当成熟，如温控器、常应变率控制器和计算机反馈系统等。我国对等温锻造的研究起步比较晚，20世纪70年代末期首先由北京航材院对TC9钛合金的整体涡轮盘进行了等温锻造实验。经过几十年的发展，等温锻造逐渐在我国的航空航天工业上得到应用。于卫敏等人采用等温锻造工艺，在3000t液压机上，利用两相区锻造方法，两次锻造，成功试制出BT25钛合金精密锻件第四、第五级高压压气机盘，锻件的各项性能指标全部满足技术条件的要求，且锻件的组织和性能稳定。宝钢集团上海五钢有限公司庞克昌等人运用等温锻造技术生产出表面光洁、外形精确的TC11钛合金收敛段、扩张段，TC4钛合金翼芯、气瓶等航天精密优质锻件。
2钛合金锻件的应用
2.1 航空航天方面
钛合金锻件已经广泛地应用于航空、航天制造业中。近β型高强高韧钛合金Ti1023已应用于波音777飞机的起落架部件中，使得波音777飞机上的钛用量几乎翻了一番，每架飞机减重近270kg。A380已经在探讨使用Ti1023合金大型锻件作为主起落架的传动装置。若能实用，这将是长达7m的最大的钛合金锻件。俄罗斯也将BT22钛合金锻造构件应用在了Su-27、IL-76、IL-86、IL-96，安-124和图-204等主干线客机和重型运输机的机体和起落架的大型承力构件和部件中。在飞机发动机中，钛合金锻件也是不可或缺的材料，主要用于使用温度在853K以下的风扇和压缩机零件。典型的使用部位有风扇叶片、外壳、盘件，压气机叶片、盘件、短轴、外壳等。我国研究人员经过先采用β锻造得到一个网篮（条状）组织的叶盘预制坯件，再通过控制变形量，使叶盘预制坯件外缘（叶片部位）局部大变形以球化条状α获得等轴组织，得到了叶片为等轴组织。在航天领域，钛合金锻件被用于火箭及卫星推进发动机的燃料箱、姿控发动机外壳、液体燃料涡轮泵的叶片和吸人泵的入口段。通常使用的卫星推进系统成品油箱的壁厚不到1mm，由25mm厚的半球形壳体锻件加工而成。
2.2 其他方面
使用钛合金锻件作为火力发电的蒸汽轮机叶片，可增加蒸汽轮机的叶片长度，从而提高发电效率，减小转子的负荷。早在1991年就已经把1m长的Ti-6Al-4v合金叶片应用在了高速旋转的汽轮机末段。在体育器材方面，钛合金锻件可用于高尔夫球杆上，由于β型钛合金锻件的强度高，从而可以采用板厚低于3mm的锻件充当击球面，使得弹性击球面通过较长的冲击作用时间来储存或释放能量以缓和冲击，从而球员不需要用力挥棒便可将球击得很远。
结束语：随着钛合金越来越多的应用于各个领域，钛合金锻造工艺作为钛合金重要的加工手段，也将在钛合金的生产中变得越来越重要。由于我国的钛合金加工起步较晚，跟国外发达国家还有不少的差距。目前，国内的钛合金锻造还是主要以常规锻造为主。随着钛合金锻造工艺难题的解决，钛合金锻件必将有越来越多的应用。
参考文献：
[1]李文平，钛合金的应用及发展前景[J]．轻金属，2002．
[2]王金友，葛志明，周邦彦．航空用钛合金[M]．上海：上海科技出版社，1985．
论文作者:王飞
论文发表刊物:《防护工程》2017年第22期
论文发表时间:2018/1/3
标签：钛合金论文; 叶片论文; 晶粒论文; 工艺论文; 组织论文; 常规论文; 精密论文; 《防护工程》2017年第22期论文;