大角度盆状TC6钛合金锻造成形研究

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1　工艺方案分析
1.1 锻件工艺
      图1所示为某机型发动机TC6轮毂锻件的粗加工交付的三维结构，最大外径为φ902mm，高度达到243.5mm，且内外径轴向角度较大，达到34°，最小壁厚仅22mm，属于大中型异形盆形锻件。


1.2　工艺方案
        常规的盆形锻件成形方案为“多火次预轧+终轧”，存在加热火次多、成形难度大、设备要求高、原材料消耗大、浪费产能等缺点。现采用“饼坯+胎模锻造”的近净成形方案制备大角度TC6合金盆形锻件，具体工艺流程：将棒材经镦粗、机加工后制得中间坯，后采用Tβ-(30~50）℃两相区加热，达到成形温度后将坯料放入模具中进行胎模成形，直至坯料与胎模完全贴模。经双重退火热处理后对锻件进行全面组织性能测试。图2所示为锻件模拟成形结果，锻件各部位成形均匀。


1.3 原材料
      选用φ300mm的TC6合金作为锻件原材料，化学成分如表1所示，经金相法检测其β相转变温度为972℃。图3所示为锻件原材料高低倍组织，由图3可见，低倍组织未见缺陷及清晰晶，高倍为两相区加工均匀组织。


2　结果与分析
2.1 锻件试制
      生产根据以上工艺方案对轮毂锻件进行试生产，图4所示为饼坯机加后的中间坯实物，图5所示为锻件最终成形实物，锻件表面成形质量良好，无折叠、开裂等缺陷，尺寸满足图纸要求。


2.2 理化性能
      锻件经双重退火（第1次退火：（885±10）℃×150min，空冷；第2次退火：（570±10）℃×150min，空冷）后进行全面组织性能解剖分析，测试项目包括最大截面低倍及高倍组织、室温拉伸、氢含量、室温冲击和硬度。
        图6所示为锻件高低倍组织检测结果，由图6（a）可见，锻件内部未见缺陷及清晰晶，流线沿锻件外形分布，无穿流和涡流。由图6（b）可见，高倍组织为典型的等轴组织，β相基体均匀分布初生α相，初生α相含量约为40%，晶粒细小且均匀。


2.3 力学性能
     测试结果对锻件进行全面性能（含硬度、室温拉伸性能、冲击韧性、断裂韧性）测试，取样位置如图7所示。


表2、表3所示为性能测试结果。

轮毂锻件室温拉伸性能、断裂韧性、硬度和冲击性能均满足指标要求，且有一定富余量。理化结果合格后，对锻件进行粗加工，粗加工实物如图8所示，表面未见宏观缺陷。经生产试制，锻件表面成形质量良好，理化检测结果均符合相关标准要求，锻件可入库交付。


3　结束语
       在现有设备能力的基础上，设计了大角度TC6盆形锻件的成形工艺，进行生产试制后得出以下结论。
（1）对于大角度盆形锻件采用“饼坯+胎模成形”的近净成形方案进行成形，可获得流线及组织性能良好的锻件，并大幅提高材料利用率，降低生产成本。
（2）采用胎模成形大型盆形锻件既能保证产品质量又能节约生产成本，还能充分挖掘设备生产能力，创造更好的经济效益，开辟了TC6大型盆形锻件的生产新模式，对类似产品成形有一定的指导作用。

▍原文作者：雷临苹1 ， 冯刚2 ， 陈明1 ， 叶康源 1 ， 宋登辉 1 ， 王健1
▍作者单位：1.贵州安大航空锻造有限责任公司；2.空军装备部驻安顺地区军事代表室