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钛合金铸造工艺机能

颁布功夫::: 2017-08-30 07:20:49    浏览次数:::

1.1、、、常用钛合金铸造工艺机能数据

凭据理论钻研和工厂出产经验,将α型、、、近α型、、、α﹢β型和近β型常用钛合金铸造工艺机能数据别离汇总于表1~表4。。!!

从表1~表4的数据能够看出,无数钛合金铸锭的开坯温度在1150℃~1200℃领域内,部门钛合金铸锭开坯的始锻温度在1050℃~1100℃领域内;这两个温度区都位于β相区内,并且前者高于相变温度好多,原因有二:::其一,合金在β相区的塑形高、、、变形抗力低,为了争取更长的铸造功夫,有利于提逾越产率;其二,铸锭开坯的坯料重要是供给锻做作毛坯,其组织经过大变形水平的铸造后,还能够得到改善,不致于影响锻件机能,故选择出产率高的工艺。。!!

从表1~表4的数据能够看出,压力机上模锻的始锻温度不只大大低于铸锭开坯的始锻温度,并且低于α/β相变温度30℃~50℃,无数钛合金的模锻温度在930℃~970℃领域内,这是为了确保在α﹢β相区变形,以获得锻件必要的组织机能。。!!S捎诙痛改6捅匾糯谓ィ僮鞴Ψ蚪铣ぃ渲破范图的模锻加热温度能够比压力机铸造适当提高10℃~20℃.但是,为了保障钛合金制品锻件的组织和力学机能,所以铸造工序的终锻温度都应节制在α﹢β两相区。。!!

从表1~表4的数据还能够看出,无数钛合金预成形的始锻温度稍微高于相变温度或在相变温度左近。。!!Tこ尚蔚裙晒ば虻氖鸡粒露臀露榷嫉陀谥Э鳎哂谀6偷氖级臀露龋谡飧鑫露惹湫渭裙卣樟顺霾剩治图筹备了组织较好的毛坯。。!!

表1 α型钛合金的铸造工艺机能数据

合金商标相变温度/℃铸造温度领域/℃允许变形水平/%
工业纯钛α->β:::885~900铸锭开坯:::1050~650       预成形:::950~650       模锻:::950~65040~50       30~40       30~40
TA7α->α﹢β:::930~970       β->α﹢β:::1040~1090铸锭开坯:::1180~900       预成形:::1100~850       锤上模锻:::1100~900       压力机上模锻:::1020~85030~50       40~70       40~70       40~70
TA13α﹢β->β:::895±10铸锭开坯:::1050~750       预成形:::950~700       锤上模锻:::880~700       环形件轧制:::860~65030~50       40~70       40~70       40~70
TA16α﹢β->β:::920±20铸锭开坯:::1180~900       预成形:::1100~850       锤上模锻:::1100~900       压力机上模锻:::1020~850       板材轧制:::1050~800       管材穿孔与热轧:::1120~80040~50       50~60       50~70       50~70       50~70       50~70

表2 近α型钛合金的铸造工艺机能数据

合金商标相变温度/℃铸造温度领域/℃允许变形水平/%
TA11α﹢β->β:1040铸锭开坯:::1190~900       预成形:::1000~800       模锻:::1000~80030~50       30~60       30~60
TA12α﹢β->β:::940±20铸锭开坯:::1200~900       预成形:::1040~850       锤上模锻:::1040~800       压力机上模锻:::1030~80030~50       30~55       30~55       30~55
TA15α﹢β->β:::1020±30铸锭开坯:::1180~900       预成形:::1080~900       锤上模锻:::1020~900       压力机上模锻:::1000~90020~30       40~50       40~50       40~50
TA18β->α﹢β:::925±10铸锭开坯:::1050~750       预成形:::950~750       模锻:::900~70050~70       50~70       40~50
TA19α﹢β->β:::990±30铸锭开坯:::1150~850       预成形:::1000~800       锤上模锻:::980~800       压力机上模锻:::950~80030~60       40~70       40~70       40~70
TC1α﹢β->β:::920~930铸锭开坯:::1150~850       预成形:::1000~850       锤上模锻:::950~800       压力机上模锻:::910~75030~60       40~70       40~70       40~70
TC2α﹢β->β:::940±20铸锭开坯:::1080~850       预成形:::980~800       锤上模锻:::950~800       压力机上模锻:::930~75030~50       40~70       40~70       40~70

表3 α﹢β型钛合金的铸造工艺机能数据

合金商标相变温度/℃铸造温度领域/℃允许变形水平/%
TC4α﹢β->β: 980~1010铸锭开坯:::1200~850       预成形:::1000~800       锤上模锻:::980~800       压力机上模锻:::950~80030~60       40~70       40~70       40~70
TC6α﹢β->β:::980±20铸锭开坯:::1150~850       预成形:::1050~800       锤上模锻:::950~800       压力机上模锻:::950~800       等温挤压:::94030~60       40~70       40~70       40~70
TC11α﹢β->β:::1000±20铸锭开坯:::1200~900       预成形:::980~800       锤上模锻:::980~850       压力机上模锻:::970~80030~60       40~65       40~65       40~65
TC16α﹢β->β:::860±20铸锭开坯:::1150~850       预成形:::1000~850       模锻:::950~700       旋转铸造:::820~65030~60       40~70       40~70       10~20
TC17α﹢β->β:::890±15铸锭开坯:::1100~800       α﹢β模锻:::845~700       压力机上模锻:::950~80050~70       30~50       β区:::40~60       α﹢β区:::20~40
TC18β->α﹢β:::750±10铸锭开坯:::1180~850       预成形:::1020~800       锤上模锻:::950~800       压力机上模锻:::840~750       挤压、、、轧制:::1050~75030~50       40~70       40~70       20~50       20~60

表4 近β型钛合金的铸造工艺机能数据

合金相变温度/℃铸造温度领域/℃允许变形水平/%超塑性温度/℃
TB2α﹢β->β: 730~750铸锭开坯:::1150~85030~60板材750
TB3α->β﹢β:::750±10铸锭开坯:::1150~850       坯料改锻:::1050~800       旋转铸造:::760~60030~60       40~70       10~30
TB5α﹢β->β:::750~770铸锭开坯:::1150~850       坯料改锻:::1050~800       旋转铸造:::740~60030~60       40~65       10~20板材750~800
TB6α﹢β->β:::800±15铸锭开坯:::1150~850       预成形:::840~700       锤上模锻:::800~680       压力机上模锻:::780~680       等温模锻:::780~76050~70       40~60       40~50       40~60       30~50770
注:::在α﹢β变形

1.2、、、钛合金铸造工艺机能综合分析

凭据表1~表4和他们的热力学参数以及钛合金的金属学个性,现对α型、、、近α型、、、α﹢β型和近β型四类钛合金的铸造工艺机能及其影响成分进行综合分析。。!!

1.2.1 晶体了局的影响

钛有两种同素异性体:::在882℃以下为密排六方结构,称为α相;在882℃以上,为体心立方结构,称为β相。。!!T谖露鹊褪保颚料嗟男灾拭芘帕浇峁贡湫问蹦鼙患せ畹幕葡凳坑邢蓿苄纬尚渭饶烟猓坏蔽露壬呤保患せ畹幕葡凳吭龆啵ひ账苄蔚靡愿纳。。!!K孀盼露鹊纳撸湫慰沽σ蚕灾档。。!!5北湫挝露冉毽碌ハ嗲保逍牧⒎浇峁沟摩孪嘤涤邢喽远嗟幕葡担湫慰沽π。。!!,工艺塑形显著提高,能够进行更大变形水平的铸造,并且还降低铸造载荷。。!!4蟛棵诺慕列秃挺俩€β型钛合金两相区进行变形时,其变形抗力和工艺塑形对合金成分、、、变形温度和变形速度等拥有强烈的敏感性,随着在α﹢β两相区温度的降落,平衡状态的α相比例在增长,β相含量在削减,将显著降低工艺塑形和增大变形抗力,因而,通常来说,当在α﹢β两相区进行变形时,凭据分歧的合金以及对显微组织的分歧要求,始锻温度通常节制在Tβ以下30℃~50℃的领域内,而终锻温度尽量不要太低。。!!

1.2.2 合金元素的影响

合金元素(重要成分)及杂质元素都对钛合金铸造工艺塑形、、、可锻性和再结晶个性有重大影响。。!!

1. 合金元素对可锻性的影响

如上所述,钛的合金化元素重要有三类,即α不变动元素、、、中性元素和β不变动元素。。!!2斡敕制绲暮辖鸹夭唤雠ぷ嗽谕嘶鹱刺蜓遣槐渥刺碌南嘧槌桑⑶一古ぷ祟押辖鸬南啾湮露、、、再结晶温度,这些对钛合金的变形抗力和工艺塑形均有很大影响。。!! 纯钛的热加工工艺塑形和成形性都很好;近β型合金拥有优异的热加工工艺塑形,并且工艺窗口较宽,铸造时坯料理论不容易开裂;α﹢β型钛合金的热加工工艺塑形中等;而近α型合金通常工艺塑形最差,出格是合金化水平高的高温钛合金,因合金中含有的β不变动元素较少,合金在不变状态下根基上以α相为主,并且Al含量高,使相变温度提高,因而,这类近α型钛合金的铸造温度高、、、变形抗力大、、、工艺塑形低,并且对变形温度和变形速度敏感性最大。。!!

2. 杂质元素对可锻性的影响

碳和氧等杂质元素的含量对钛合金铸造工艺机能影响很大。。!!K孀盘己康脑龀ぃ押辖鹬刑蓟言龆啵⑶以谥熳橹谐释抛椿蛄醋瓷⒉迹钩寤餍约本缃德洌槐湫慰上富蓟巡⑹怪壬⒉迹佣纳扑苄。。!!3荚赝猓绕涫茄醵灶押辖鸬墓ひ账苄斡跋煲埠艽:::氧拥有显著的间隙固溶强化作用,因而,钛合金的变形抗力显著提高,工艺塑形降低。。!!U婵兆院娜哿赌芟骷踉又驹睾浚岣哳押辖鸬乃苄。。!!

3. 合金和杂质元素对再结晶的影响

合金化元素对钛合金的再结晶温度也有重要影响,而再结晶温度往往是制订钛合金铸造和热处置工艺的重要参数之一。。!!T俳峋Ч桃彩怯跋祛押辖鸬乃苄魏颓慷鹊闹匾煞。。!!R勒蘸辖鸹蛟又试囟灶押辖鹪俳峋露鹊挠跋焖剑山欠治:::

(1)显著提高再结晶温度的元素:::N、、、C、、、O、、、B、、、A、、、Be、、、Re。。!!

(2)对再结晶温度无影响的元素:::Co、、、Nb。。!!

(3)含量大才对再结晶温度温度有影响的元素:::Sn、、、V、、、Cr、、、Fe、、、Mn。。!!

增长N、、、C、、、O、、、Al等合金元素能够显著提高钛合金的再结晶温度,例如,碘化法纯钛的再结晶温度在400℃~500℃之间,工业纯钛的再结晶起头温度约莫为550℃,在650℃经过1h就能够实现齐全再结晶;增长钛合金中的Al含量将增长合金中的点阵畸变水平,降低原子在合金中的扩散速度,从而显著提高再结晶温度,故障晶粒的长大。。!!Mǔ@此担孀蓬押辖鸷辖鸹降脑龀ぃ俳峋露纫布本缣岣。。!!&列皖押辖鸬脑俳峋露韧ǔN猅β温度的0.5~0.7,α﹢β型钛合金的再结晶温度通常为Tβ温度的0.85~0.98,β型钛合金的再结晶温度般为Tβ温度的0.6。。!!

1.2.3 环境介质对可锻性的影响

钛合金在高温下与气体介质有很大的化学亲和力,容易产生氧化和吸氢。。!!T诟呶轮旒尤裙讨泻苋菀孜昭、、、氢和氮等气体,出格是氧,从而在毛坯理论形成硬而脆的氧化层,通常称之为硬α层,硬α层比钛合金坯料内部的母材金属脆得多,对拉应力和拉伸变形极度敏感,当钛合金毛坯理论存在硬α层时,不只急剧降低工艺塑形,并且使锻件机能恶化。。!!R蚨旒尤仁庇Σ扇∈实钡睦砺鄯阑ご胧栽し阑蛳骷跤拨敛愣档凸ひ账苄。。!!

1.2.4 相变温度与可锻性的关系

有表1~表4中的数据能够看出,险些所有钛合金的最佳塑形温度都在相变温度以上的β单相区。。!!S捎谠1000℃以上甚至1200℃的β相区铸造时,塑形高、、、变形抗力小和可锻性好。。!! 为了争取更长的铸造功夫,钛合金铸锭开坯加热温度根基都在 Tβ温度以上的最佳塑形温度区间内,其中大无数节制在1150℃~1200℃温度领域内,少部门节制在1050℃~1100℃温度领域内。。!!

为了保障钛合金制品锻件的组织和力学机能,铸造不能在其塑形最佳和变形抗力最小的β单相区领域内进行,而只能在靠近其最佳塑形温度的Tβ温度以下进行。。!!

大无数α型、、、近α型和α﹢β型钛合金是在表1~表4所示的相变温度Tβ(900℃~1000℃)以下30℃~50℃的温度领域内铸造,例如无数合金压力机上模锻时的加热温度能够在930℃~970℃(非最佳塑形温度)温度领域内;近β型钛合金的Tβ温度较低,通常在740℃~800℃温度领域内,其制品锻件的铸造加热温度通常低于800℃。。!!

1.2.5 变形温度对可锻性的影响

所有类型的钛合金都对铸造变形温度极度敏感。。!!@缍杂诮列偷腡A11、、、α﹢β型的TC4和近β型的TB6这三类钛合金,当铸造温度降落相对较小时,铸造变形抗力急剧增大,如:::当TC4合金的铸造温度降低140℃,变形抗力约莫增长四倍,因而,在进行钛合金铸造时,将坯料从路子运输到铸造设备过程中,应尽量削减金属的温度损失。。!!6杂诖车闹旒庸ぃ灿×肯骷踝柿嫌诶淠>叩闹苯咏哟。。!!

温度变动对常用钛合金铸造变形抗力的影响于合金类型也有亲昵关系。。!!Mü员萒A11、、、TC4和TB6这三种典型合金在10S-1应变速度情况下铸造温度对变形抗力的影响能够看出,在该应变速度前提下,TA11和TC4合金阐发出显著的温度敏感性,二者在900℃和800℃的流变应力别离是1010℃(低于TA11合金的Tβ)和1000℃(刚好或略高于TC4合金的Tβ)的2和3倍;但是TB6的温度敏感性较。。!!,即便在总应变高的前提下,TB6在Tβ以下的760℃与Tβ以上的815℃变形相比,变形抗力只提高50%左右。。!!

与其他金属资料一样的是,在通常铸造前提下,很多钛合金均阐发出了应变软化行为。。!!SΡ淙砘匾赥β温度以下的铸造过程,当在Tβ温度以上变形时,应变软化阐发不显著。。!!U庵钟Ρ淙砘形那鹗怯捎谠赥β温度以上或以下变形过程中存在分歧的显微组织:::在Tβ温度以下变形时,合金拥有β和α两种相,更容易使应变重新散布,并推进位错更有效的活动,从而导致在Tβ温度以下变形时应变软化更凸起。。!!

钛合金铸造的梦想变形抗力值与现实的铸造时的变形抗力值存在误差。。!!H欢湫慰沽椭旃ひ盏钠渌问缥露群陀Ρ渌俣榷记钻怯泄兀栽谥贫╊押辖鹬旃ひ帐奔戎匾。。!!T偌由掀渌旃ひ詹问挠跋欤缒>呶露、、、光滑前提、、、前期加工汗青和总应变量等,现实上任何一种钛合金铸造所必要的铸造压力都要比梦想的变形抗力高。。!!

1.2.6 应变速度对可锻性的影响

钛合金比铝合金和合金钢的锻件常用资料拥有更强烈的应变速度敏感性。。!!K孀庞Ρ渌俣仍龀ぃ押辖鸬乃苄谓德浜捅湫慰沽υ龀。。!!5北湫挝露壬咧1000℃以上的β相区时,应变速度对塑形和变形抗力的影响显著降低,即在β相区变形时,各类应变速度前提下的塑形大幅提高、、、变形抗力大幅降低,应变速度对二者的影响都减。。!!,只管钛合金在β相区领域内塑形很好和变形抗力较。。!!,并且应变速度对可锻性的影响较。。!!,但在α﹢β两相区内,塑形低、、、变形抗力大、、、变形温度领域窄,但是为了确保钛合金锻件要求的组织和力学机能,出铸锭开坯外。。!!D6凸ば蛴×吭讦俩€β两相区进行。。!!

当应变速度从10S-1将至0.001S-1时,TA11、、、TC4和TB6这三种钛合金的铸造流变应力降低90%~80%,例如TC4合金在900℃、、、60%应变和10S-1应变速度前提下的流变应力为205MPa,而在一样变形温度和应变前提下,当应变速度降落至0.001S-1时,其流变应力则将至50MPa,为原来应变速度(10S-1)下的1/4。。!!

利用钛合金铸造变形抗力对应变速度敏感的特点,应尽量选取低应变速度。。!!M骋活押辖鹪诙痛干媳湫危ǘ┮纫貉够媳湫危ň蔡┑脑市肀湫嗡降秃枚、、、变形抗力却高好多,其差距可能达到30%或更高。。!!H欢押辖鸫持焓窃诜堑任虑疤峤械模蚨∪∧>呶露冉系偷拇持觳街瑁裳≡窀叩挠Ρ渌俣龋锏接Ρ涿舾行杂虢鹗粑露人鹗У挠帕计ヅ洌缘玫接帕嫉谋湫纬尚。。!!5蹦>呶露扔虢鹗舻奈露瓤拷蛳喑剖保押辖鹋髁系奈陆岛苡邢蓿芄谎∪〉陀Ρ渌俣冉斜湫危芄淮蟠蠹跣≈毂湫慰沽。。!!

选取变形速度高的铸造技术,如在锤上和机械压力机上铸造等,必须思考因变形热导致的坯料温升。。!!S捎陬押辖鸬牡既刃圆睿菀自斐啥图内部温度散布不均匀和显著的温度差,从而使合金和锻件的力学机能不合格。。!!R蚨谟Ρ渌俣雀叩那疤嵯轮祛押辖鹗保煳露纫伎既燃庸の律某煞郑し牢律斐傻牟涣己蠊。。!!

1.2.7 应力状态的影响

应力状态对钛合金的可锻性也有很大影响,拉应力状态比压应力状态允许的变形水平低好多,但变形抗力较低。。!!@纾褂αψ刺募费购捅杖6退淇纱蟠筇岣咚苄危苍龀け湫慰沽。。!!

1.2.8 组织类型对钛合金可锻性的影响

对比分歧组织的统一钛合金,如铸造状态与铸造状态,铸造状态的塑形降低而变形抗力高;但当温度升高制1000℃以上时,两者的差距减。。!!,这也是无数钛合金铸锭的开坯温度定在1150℃~1200℃的重要原因之一。。!!

1.2.9 临界变形区

通常钛合金在950℃~1000℃以下有较显著的临界变形区,其临界变形水平小于20%;在1000℃以上,晶粒普遍急剧长大,固然还能看出变形水平在20%以下的临界变形区,但不显著。。!!R蚨し蓝图晶粒长大,每火的变形水平应节制在20%以上,除铸锭开坯和制坯工序外,终锻工序的加热温度不应超过950℃。。!!

别的,在铸造变形温度领域内,变形水平也对钛合金的再结晶过程有显著影响,变形水平越大,再结晶起头温度越低。。!!

毛坯加热

1) 加热空气及毛坯防护

钛合金化学性质活跃,极易被加热介质中的氧、、、氢、、、氮等有害气体传染。。!!Q鹾偷陬押辖鹄砺坌纬梢徊阌钟灿执嗟摩敛。。!!T谥旃讨校图理论的α层很容易引起铸造裂纹、、、加快模具磨损、、、劣化锻件理论质量。。!!n押辖鹱詈迷谡婵栈蚨栊云逭涫拥牡缏屑尤龋锥耸浅杀窘细撸蚨ǔT谙涫交蜃椎缏奈⒀趸掌屑尤燃纯。。!!

若不得已而选取煤气炉或油炉加热时,应远隔节制炉内空气,通常需使炉气略带氧化性,切勿在还原性空气中加热。。!!V档弥赋龅氖牵蘼墼诤沃挚掌屑尤龋押辖鹋髁侠砺鄱加Ω猛扛膊AХ阑す饣。。!!

2) 加热温度和终锻温度

铸造加热温度应按下述秩序递降:::铸锭开坯、、、预制坯(预锻)、、、模锻、、、切割、、、弯曲、、、切边、、、校对。。!!n押辖鹬Э鞯募尤任露染诟哂谙啾湮露萒β的单相区,俄罗斯划定的铸锭开坯加热温度在Tβ以上60℃~100℃,我国划定相应的加热温度在Tβ以上的120℃~200℃;锻锤和压力机上制坯时的加热温度为Tβ以下30℃~50℃;模锻时的加热温度相当于或略低于制坯是的加热温度;在压力机上的模锻加热温度可稍低于在锤上模锻时的加热温度;终锻温度刚好相反。。!!M淝、、、校对、、、切边和切割的加热温度又都应稍低于模锻时的加热温度。。!! 在分歧设备上和分歧工序中铸造钛合金时,应别离选择分歧的加热和终锻温度,主张是为了获得最佳的组织和机能;并在不影响锻件质量的前提下,尽量提逾越产率和节约能量成本。。!!

3)加热速度和保温功夫

由表5所示锻件常用钛合金于合金结构钢的热导率数据可知,钛合金(工业纯钛之外)在100℃以下的热导率多在6W/m.℃~10W/m.℃领域内,只有锻件常用合金结构钢热热导率的1/4~1/7,与高温合金的热导率相当或者更低,因而,钛合金坯料必要缓慢加热,并耽搁保温功夫,以预防因加热速度过快和保温功夫不及而降低塑形,导致锻裂或变形不均匀影响锻件机能。。!!8骼喙娓耦押辖鹈鞯募尤人俣群捅N鹿Ψ蚣6,表中还给出了坯料在炉中的最长停顿功夫,以预防晶粒急剧长大而影响锻件的组织和机能。。!!

表5 锻件常用钛合金于合金结构钢的热导率的比力

类型商标热导率/ m-1.℃-1类型商标热导率/ m-1.℃-1类型商标热导率/ m-1.℃-1
α型工业纯钛20℃/19.3       800℃/18.4近α型TC120℃/19.3       800℃/18.4近β型TB220℃/19.3       800℃/18.4
TA720℃/19.3       800℃/18.4TC220℃/19.3       800℃/18.4TB320℃/19.3       800℃/18.4
TA1320℃/19.3       800℃/18.4α+β型TC420℃/19.3       800℃/18.4TB520℃/19.3       800℃/18.4
TA1620℃/19.3       800℃/18.43TC620℃/19.3       800℃/18.43碳素钢2020℃/19.3       800℃/18.43
近α型TA1120℃/19.3       800℃/18.4TC1120℃/19.3       800℃/18.44520℃/19.3       800℃/18.4
TA1220℃/19.3       800℃/18.4TC1620℃/19.3       800℃/18.4渗碳钢12Cr2Ni4A20℃/19.3       800℃/18.4
TA1520℃/19.3       800℃/18.4TC1720℃/19.3       800℃/18.4轴承钢GCr1520℃/19.3       800℃/18.4
TA1820℃/19.3       800℃/18.4TC1820℃/19.3       800℃/18.4调质高强度钢40CrNiMoA20℃/19.3       800℃/18.4
TA1920℃/19.3       800℃/18.4近β型TB620℃/19.3       800℃/18.4超高强度钢40CrNi2Si2MoVA20℃/19.3       800℃/18.4

表6 钛合金坯料的加热和保温功夫

坯料最大厚度或直径/mm坯料入炉后升温到始锻温度的功夫(不大于)/mm保温功夫/min坯料在炉中的停顿功夫(不大于)/h
(不小于)(不大于)
≤10510501.0
15812501.0
201015501.0
251015501.0
301015501.0
351520601.0
401520601.0
501525601.0
601530601.5
801535752.0
1002045752.0
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18030701202.5
20030801202.5
22535901503.0
250351001503.0
300401202104.0
350401302104.0
400501602404.5
注:大截面的坯料最好分段加热,即先预热至800℃后再在加热炉的高温区或别的的高温炉内加热

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