钛合金模锻工艺

forging

钛合金模锻工艺钛合金作为一种轻质、高强度且具有优良耐腐蚀性的材料，在航空、医疗、化工等领域有着广泛的应用。模锻工艺是钛合金加工的关键环节，其质量直接影响到最终产品的性能。

本文将围绕钛合金模锻工艺的七个要素：坯料准备、加热、润滑、锻造、清理、模具设计以及两相钛合金的锻造进行详细的探讨。

一、坯料准备钛合金坯料在模锻前必须经过精心准备。坯料表面应经过粗加工或粗磨，以确保表面平整，无明显的缺陷和杂质。棒材通常通过车削或无心磨削进行加工。坯料切断时，建议采用带锯床进行，以避免气割下料可能导致的热影响区和氧化。

二、加热在加热过程中，首先要清除炉底的炉渣和氧化皮，以确保炉内环境清洁。钛合金加热时应采用氧化性气氛，以减缓对氢的饱和过程，减少钛合金的氧化和气体污染。同时，要严格控制加热温度和时间，以最小化晶粒的长大。模具也应提前预热至250-350℃，并保温12小时以上，以减少模具与钛合金之间的温差。

三、润滑钛合金在锻造过程中流动性较差，因此模具在锻造前应进行润滑处理。润滑能改善钛合金的流动性，防止锻件粘模。常用的润滑剂包括胶状石墨与水的混合物或石墨与油基或水基的混合物。

四、锻造钛合金的模锻变形量一般控制在40%-80%之间。在最后一次加热后，整个金属应具有均匀的变形，且变形过程中的温度分布要均匀，以防止在过低的温度下变形导致开裂。对于两相钛合金，足够的变形量尤为重要，因为其晶粒细化不能通过热处理方法实现，只能通过变形来实现。

五、清理钛合金锻造后表面会形成脆性氧化层，这可能导致下一次锻造时表层下的金属发生开裂。因此，在每一火模锻之后，应使用吹砂法等方法清除氧化层。

六、模具设计钛合金锻件模具的设计与钢类锻件模具相比有所不同。钛合金锻件模具的收缩率较小，通常与钢类锻件模具的收缩率之比为1:1.87。在采用同样深厚和同样复杂的模膛时，锻造钛合金的模具较锻造钢的模具要厚50%。此外，模具的圆角半径应较大，模膛表面光洁度要求较高。

七、两相钛合金的锻造在全相区锻造两相钛合金时，可以提高钛合金在高温下的锻造性能或提高锻件的缺口韧性。为了获得综合性能较高的锻件，锻造后的合金显微组织应控制在一定范围内。等轴相的含量应控制在15%-30%之间，过多会导致缺口韧性降低，过少则会使延伸率降低。如果锻件中相含量过多，可以通过热处理来恢复其性能。

总结起来，钛合金模锻工艺是一个复杂而精细的过程，涉及到多个关键要素。通过精心控制每个环节，可以确保钛合金锻件的质量和性能达到最佳状态。