TC17鈦合金壓氣機(jī)前軸頸鍛件β鍛造工藝優(yōu)化

何 俊，王 鵬，覃佳棟，曾衛(wèi)東，徐建偉

(1.中國航發(fā)動力股份有限公司，陜西 西安 710071)(2.西北工業(yè)大學(xué) 凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，陜西 西安 710072)

TC17鈦合金是典型的近β型兩相鈦合金，其名義成分為Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr，不僅具備較好的塑性、強(qiáng)度及淬透性，而且具備優(yōu)異的焊接性能、抗氧化性能和疲勞性能[1,2]。TC17鈦合金經(jīng)過合理鍛造及熱處理后，不僅綜合性能良好而且可滿足損傷容限設(shè)計要求[3,4]，已成功應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤，成為制造高推比航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵部位的重要材料之一[5,6]。

隨著現(xiàn)代損傷容限設(shè)計理念的提出，β鍛造憑借變形抗力小、鍛件尺寸精度高、熱加工性能好及鍛造成本較低等優(yōu)勢，成為TC17鈦合金的主要鍛造工藝[7-9]。然而，鈦合金β鍛造工藝過程十分復(fù)雜，在工程化應(yīng)用過程中還存在一些技術(shù)問題，例如：由于航空發(fā)動機(jī)風(fēng)扇和壓氣機(jī)盤件等鍛件的形狀復(fù)雜，不合理的預(yù)制坯設(shè)計會導(dǎo)致鍛件各個部位的變形不均勻，造成鍛件質(zhì)量差或者不合格的情況出現(xiàn)。因此，合理的預(yù)制坯和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計成為保證鈦合金鍛件質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。某發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)前軸頸選用了TC17鈦合金，并采用β工藝鍛造，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)原工藝設(shè)計不合理，存在鍛件組織不均勻、β晶粒呈等軸狀、晶界平直以及局部β晶粒再結(jié)晶等問題。如何減小因鍛造工藝設(shè)計不合理而對鍛件高低倍組織及力學(xué)性能產(chǎn)生的不利影響，成為實(shí)際生產(chǎn)中亟待解決的問題。

因此，針對TC17鈦合金壓氣機(jī)前軸頸鍛件的原工藝進(jìn)行了有限元模擬，為了找出原工藝存在的問題，將模擬結(jié)果與鍛件實(shí)際組織進(jìn)行對比分析，以期實(shí)驗結(jié)果能夠為壓氣機(jī)前軸頸鍛件加工工藝優(yōu)化及合金組織改善提供借鑒。……