Ti3Al合金葉片鍛造工藝研究（下）

文/邰清安，周浩浩，關紅，王丹·沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司技術中心

Ti3Al合金葉片鍛造工藝研究（下）

文/邰清安，周浩浩，關紅，王丹·沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司技術中心

《Ti3Al合金葉片鍛造工藝研究（上）》見2016年第3期

熱加工工藝參數試驗

⑴試驗方案。

典型件進行擠壓、模鍛和熱處理試驗。擠壓溫度（2組）、終鍛溫度（2組）及熱處理固溶溫度（2組）的試驗方案見表2，時效工藝為：850℃時效→保溫16h→空冷。

表2 試驗方案

⑵高倍組織檢測。

每個葉片取葉身和榫頭各1塊進行高倍組織觀察，葉身檢查中間、邊緣2點，榫頭檢查1點。從圖5顯微組織可看出，以1020℃/1040℃擠壓和1020℃/1040℃/1060℃/1080℃終鍛工藝鍛造的葉片，經1040℃/1060℃固溶和850℃時效處理后，均可獲得α2＋Β2＋O三相雙態組織（即由α2相顆粒、O相板條和Β2相基體構成的組織）。隨著擠壓溫度的提高，葉片組織中的α2相顆粒數量減少，且分布趨于不均勻。終鍛溫度的提高，同樣造成葉片組織中的α2相顆粒數量減少和分布趨于不均勻；在α2相顆粒分布少的區域，可看到基體Β2相晶粒長大，基體內析出的O相條狀較細且少，影響持久和蠕變性能（圖6）。由于鍛件的鍛造過程是擠壓后終鍛，擠壓時桿部的擠壓比較大，擠壓速度快，使桿部出現擠壓熱，溫度升高，造成α2相溶解。榫頭部位由于變形量小，組織較均勻，特別是加熱溫度低的鍛件，α2相晶內、晶界含量均勻。

圖5 顯微組織

圖6 高倍組織圖

低溫擠壓試驗

⑴試驗方案。

根據上述分析，為獲得均勻的組織，又進行了低溫擠壓試驗。分別在960℃、980℃、1000℃和1020℃用四級轉子葉片擠壓模具進行試驗。

⑵高倍組織檢測。

擠壓件直接進行高倍組織檢測，組織為α2＋Β2兩相等軸組織，這是由于擠壓的棒材直徑較小，冷卻速度快，O相板材在擠壓后空冷時未及時析出（圖7）。從組織形態綜合來看，擠壓溫度為980℃的高倍組織的α2相顆粒分布均勻，組織均勻性比其他四組好。

圖7 低溫擠壓高倍圖

等溫鍛工藝試驗

為提高模具的抗高溫、抗氧化的能力，等溫鍛模具材料采用K465合金代替以往的K403合金，鑄造成形后進行精加工。取擠壓溫度為1040℃的擠壓件3件進行等溫鍛造試驗。電爐加熱溫度1000℃，加熱器溫度選950℃，墊板厚30mm。等溫成形后對葉片尺寸進行檢測，葉身厚度尺寸在名義值。熱處理工藝為1040℃固溶→保溫2h→油冷→850℃時效→保溫16h→空冷，然后送理化進行組織檢測。等溫鍛的組織如圖8所示，為三相雙態組織，晶內α2相顆粒分布均勻，O相板條多，等溫成形葉片組織和同樣溫度普通成形組織基本相當。由于等溫鍛的模具制造周期長、費用高，而且鍛件生產周期也比普通成形時間長，所以在能保證組織符合要求的情況下，可采用普通鍛造成形。

圖8 等溫鍛高倍組織

葉片試制

工藝流程

根據前期的工藝試驗確定的主要工藝路線為：下料→加熱→擠預鍛坯→清理→加熱→終鍛→切邊→熱處理→終檢。

鍛件生產過程及結果

試生產葉片200余件，葉身Cmax控制在精鍛葉片尺寸上差0.8～1.0mm，透光不大于0.3，表面質量合格，無裂紋、折疊等缺陷，鍛件成形實物圖，如圖9所示。鍛件的顯微組織如圖10所示，高倍組織為三相雙態組織，α2相呈等軸組織，O相為魏氏板條且析出均勻。

圖9 鍛件成形實物圖

圖10 葉片鍛件高倍組織

性能件經熱處理后取板狀試樣，進行室溫拉伸、高溫拉伸、高溫持久性能的檢測，由表3、4可看到，室溫和高溫性能均達到較高水平。

表3 室溫性能

表4 高溫性能

結論

⑴Ti3Al合金變形量不宜超過70%，加熱溫度在1020℃以上。

⑵試生產驗證表明采用圓柱坯料擠預鍛坯→模鍛→切邊→熱處理的Ti3Al葉片精鍛工藝流程是可行的，能夠獲得表面質量良好的葉片鍛件。

⑶力學性能檢測結果表明葉片試驗件具有良好的室溫拉伸、高溫拉伸和高溫持久性能。