孟凡坤 申明明
哈尔滨哈飞工业有限责任公司 黑龙江省哈尔滨市 150060
摘 要：近年来，钛合金在石油、化工、治金、生物医学和体育用品等领域开始应用，并成为新工艺、新技术、新设备不可缺少的原材料。随着钛合金的大量应用，其治金质量问题也日益引起业界人士的广泛关注，于是钛合金的治金质显得越来越重要。目前钛合金80%以上以变形钛合金使用，如锻件、锻棒及轧制型材等形式。锻造变形是保证钛合金材料获得理想组织与性能的最主要手段，但是不正确的锻造工艺往往会使钛合金产品出现一些不理想的组织和治金缺陷，从而恶化其力学性能，给钛合金产品的正常使用造成潜在危害同时给生产及使用家造成大量浪费，故研究分析各种钛合金锻造缺陷的形成机理，并采取有效预防措施具有十分重要的价值。
关键词：钛合金；自由锻造；工艺选择；研究讨论
“钛”是20世纪50年代发展起来的一种重要结构金属，其主要特点是“密度小”、“强度高”，特别是比强度高，同时具有良好的耐热性和耐蚀性。因此，钛合金首先在航空工业中得到应用，主要有航空发动机用高温钛合金和机体用结构钛合金。世界上许多国家都认识到钛合金材料的要性，并对其进行研究开发，根据实际需求进行了实际应用。因钛合金的耐性能优异，近年来，钛合金在石油、化工、治金、生物医学和体育用品等领域开始应用，并成为新工艺、新技术、新设备不可缺少的命材料、是世界整体的工业进入了全新的发展时期。
1.钛合金的基本概述
钛作为一种银灰色金属，钛拥有良好的可塑性以及冷成型能力。但钛自身的强度较低，即可通过合金化方法获得所需要的性能合金[1]。具有效研究证实，纯钛的熔点为1668℃在，822℃以下，钛整体性能排列为六方晶体，整体塑造性较好，易于锻造。
此外，钛合金作为一种低密度、耐高温、抗腐蚀、无磁性的优异金属，钛合金已经成为了航天领域的首选材料之一。在应用过程当中，钛合金板的技术增强为我国的工业领域奠定坚实的基础，强化我国整体竞争能力，提升我国国际水准[2]。
2.钛合金锻造工艺准备
在锻造设备选择当中，以某公司锻造的钛合金板为例，在生产过程当中需要的钛合金自身进行一定的范围，控制质量保证在1500kg左右[3]。锻造过程在一定范围之内对其进行有效掌控，尽量减少其整体机械加工量。同时，对钛合金自身的性能以及组织进行化学分析以及热能处理，通过变形速度、变形程度等对其进行整体的科学规范，利用整体金属塑形角度进行出发，保证钛合金的锻造温度呈现最高的状态，具备可塑性。
但钛合金在锻造过程当中，虽然其自身具备优良的特性，但是在锻造过程中，自身亦有一定的缺陷。其主要缺陷为钛合金自身具有一定的组织不均匀性，在钛合金构成当中，具有网状组织，网状组织在形态表现上为粗大且不均匀的特征。在锻造过程中，很容易导致整体塑形与热能下降，影响整体的锻造质量。同时，由于钛合金自身在融造过程当中，其基础单元平均分配系数=1，极容易形成为不均匀的组织。为了避免此类情况的出现，在锻造过程当中，可以通过改进锻造技术，对各项参数进行合理控制，进行钛合金锻造处理。通过有效的处理方式，可以在钛合金锻造过程当中，通过高温进行均匀化提升，对于钛合金内部构造进行处理，通过退火或变形进行改善以及消除。
3.钛合金的自由锻造设备工艺
3.1钛合金锻造工艺指导原则
TAI/TA2属于工业纯钛,为a型钛合金。在严格控制一次加热锻成的情况下，钛锭的始锻温度控制在940-960℃，也就是在β相转变温度下锻造。在此状态下，工艺塑性较好，利于塑性变形，但晶粒较粗大，必须给予较大的变形量，以使晶粒细化，这是开始变形时的主要锻造特点[4]。开始锻造时，给予大变形量，既可获得较细的晶粒度，又能减少因温度较低产生表面裂纹的现象。待接近成品尺寸时，留一些修整量即可。
钛合金的变形抗力随温度降低而急剧增大，随温度升高则显著下降，因此在高温区需要大变形量展宽时尽可能展宽，并出一定的宽度修整量，而不要急于锻出棱边，否则由于棱边降温快及棱边的牵制效应，高温区材料的流动会被低温区棱边固定，造成最终锻件频繁修整。
在展宽获得足够宽度的情况下，锻出棱边。由于厚度尺寸已经锻到最终尺寸，修整量并不大，因此利于快速修整出最终成品。
3.2钛合金成型工艺确定
本文以钛合金板为例。
按常规锻打方块，优点是工艺方案容易理解，打方法较熟练，缺点是三个面来回翻转，厚度较薄，粗易弯曲，而且三个方向的尺寸不易控制，材料流动控制较难[5]。
将锻打方块与拔长工艺相结合。由于钛锭的截面尺寸较小，约450m，不能采用拔料的方法直接锻出图纸截面尺寸，而必须采取粗方法，増大截面积，为后续展宽做铺垫。这一方法的最大优点是材料流动有规律，宽度和厚度尺寸容易控制，长度不限。工艺路线为：展宽，保证一定的厚度：立起徴粗，再展宽，粗；4个角，平整，立起；压棱边，翻转90°；平厚度，再转90;压棱边，平整：最终完成成品。
经比较两种成形工艺，确定采用锻打方块与技长工艺相结合的成形工艺。
3.3锻造工艺
(1)先对坯料进行压扁，然后加大截面积。坯料先压扁至厚度250mm，宽度600mm，然后立起粗，增大截面积，同时尽可能锻出4个角，压下量为200mm。翻转180°，再粗，压下量为200mm，总压下量约 400mm。完成上述锻造工步，坯料高度约1700mm，宽度约700mm，厚度约280mm。
(2)平放坯料。用2300压机的上砧板进行压扁操作，尽可能实现展宽，控制厚度为170mm，宽度为1020-1050mm。立起4个角。压下50mm。翻转180°再压下50mm。
(3)竖起压棱边。由于宽度已展宽至1020～1050mm，有足够的余量压棱边，因此送进量不要太大，约 300mm，主要目的是在起棱边的同时使余料尽可能多地在长度方向延展。压过一次后转180°，再压一次，控制宽度为 900mm[6]。
(4)平放展长度。由于粗、压棱边导致厚度尺寸增大到约200mm，此时必须通过锻拔长的方法进行长度延伸，且不能过分展宽控制送进量不可过大，一般控制在300m左右，压过一次后翻转80°，再压一次
(5)立起徴粗平整两端面，可以一半一半压，也可以3、4次压。修整锻件，最终得到钛合金成品。
结束语：
综上所述，采用TAI/TA2钛合金,对其进行锻造工艺研究。通过分析常规锻打方块工艺和锻打拔长工艺，得出锻打拔长工艺更适合本次锻造。基于锻打拨长的锻造工艺，得出钛合金板锻造的工步为：对坯料进行扁，然后镦粗；平放坯料，用上砧板与下平台进行压扁；竖起压棱边；平放展长度；立起敏粗平整两端面，最终得到理想的成品，钛合金的有效应用对我国的工业领域起到了非常重要且积极的作用。
【参考文献】
[1]岳旭,马龙,李瑞,等.自由锻工艺及氧含量对TC4薄壁环材冲击韧性的影响[J].金属世界,2018.
[2]孙旭东,张卫刚,王鹏.自由锻变形方式对TC6钛合金棒材组织和力学性能的影响[J].热加工工艺,2018(11).
[3]孙丽敏.钛合金自由锻"脊骨"型零件机加变形控制[J].工具技术,2018,052(001):113-114.
[4]李七平,潘强,刘永利,等.钛合金板的锻造工艺方案研究[J].金属世界,2018,000(001):41-44.
[5]李进元,张智,杨佩,等.浅谈钛合金自由锻造设备的选择[J].锻造与冲压,2019(7):57-59.
[6]杨健.钛合金在飞机上的应用[J].航空制造技术,2006,000(011):41-43.