TA15鈦合金相變溫度與鍛造溫度符合性確認

陳紅芳， 馮剛， 楊孝榮

（1.貴州安大航空鍛造有限責任公司， 貴州 安順 561005；2.空軍裝備部駐安順地區軍事代表室， 貴州 安順 561008）

0 引 言

鈦合金的導熱率低，隨著溫度的提高，其導熱率相應提高，且與空氣發生反應越強烈，因此鈦合金加熱采用到溫裝爐的方式進行。鈦合金在（α+β）區變形時，片層組織向等軸組織轉變是一個多階段的復雜過程，包含了滑移變形、孿晶化、動態多邊形化和動態再結晶、α相和β相的球化及粗化過程等，這些過程可以單獨或同時進行并相互制約。在鈦合金鍛件制坯時，（α+β）區變形溫度一般選擇在Tβ以下30～70 ℃[1-2]。為了保證鈦合金加熱溫度低于其相變溫度，每爐鈦合金均須進行相變點測試，而鍛造加熱溫度需根據相變點進行確定。一方面，不同爐次的鈦合金原材料，其相變點各不相同，加熱時須采用不同的加熱爐或生產完成同一爐號的鈦合金鍛件后調整爐溫，再進行不同爐次的鈦合金鍛件生產，鍛造加熱時必然單獨占用加熱設備，嚴重占有生產資源及影響生產進度；另一方面，相變點的測試時間周期較長，導致鈦合金鍛件生產等待時間過長，影響生產進度。

隨著客戶對鍛件準時交付率考核比例的加大以及行業內鍛造企業競爭力逐步加劇，在保證鍛件質量的基礎上，固定鈦合金兩相區（α+β）鍛造加熱溫度，一方面可以加快鈦合金鍛件生產進度，提高鍛件準時交付率，為企業搶占鈦合金鍛件市場份額打下一定的基礎；另一方面，分散了設備產能緊張的壓力，為其他鍛件的生產提供設備保證。

現通過對比傳統鈦合金兩相區（α+β）[3]確定的鍛造加熱溫度與固化的鍛造加熱溫度生產的鍛件綜合性能，以驗證固化的兩相鈦合金TA15鍛造加熱溫度是否可行。

1 思路和方案

1.1 數據統計和分析

統計近幾年來采購的TA15棒料相變點檢驗數據（材料廠家及企業數據），并分析其相變點測試結果（95%置信區間以及相變點變化趨勢）。其中，材料廠家相變點及企業相變點變化趨勢曲線如圖1所示，相變點均值及其相變點差值（最大∕最小）如表1所示、相變點95%置信區間如表2所示。

表1 TA15棒料均值及其相變點差值 ℃

表2 TA15棒料相變點95%置信區間 ℃

圖1 TA15棒料相變點分布趨勢

由圖1可以看出，材料廠家相變點均值（995 ℃）較企業相變點（993 ℃）均值總體偏高。由表1可知，材料廠家相變點與企業相變點絕對差值最大為13 ℃，最小為0，兩廠相變點均值為994 ℃。由表2可知，TA15鈦合金棒料相變點分布有效區間在992～996 ℃，且具有符合性、一致性。

1.2 相變溫度與鍛造溫度工藝驗證

根據上述相變點數據統計分析及相變點95%置信區間分析結果（TA15鈦合金棒料相變點有效區間為992～996 ℃），并結合鍛件兩相區（α+β）鈦合金鍛造加熱溫度的選取原則（選取相變點以下30～50 ℃為鍛造加熱溫度）及鍛件生產實際，確定TA15鈦合金鍛件生產時兩相區（α+β）鍛造加熱溫度范圍為（955±5） ℃。

1.3 鍛件驗證

在保證鍛件生產變形量等基本一致的情況下，結合TA15鈦合金鍛件生產實際，驗證傳統TA15鈦合金鍛件生產工藝的鍛件（兩相區（α+β）鍛造加熱溫度為相變點以下30～50 ℃）與對應的固化鍛造加熱溫度（955 ℃）生產的鍛件力學性能及金相組織檢驗結果的一致性及差異性，以驗證固化的鍛造溫度是否可行。選擇自由鍛工藝和模鍛工藝進行驗證，具體驗證批次情況如表3所示。

表3 驗證批次情況

選取典型鍛件的自由鍛及模鍛工藝，同爐相變點以下40 ℃及固化的鍛造加熱溫度下生產鍛件的力學性能及金相組織檢驗結果；如表4、表5所示，與傳統兩相區（α+β）鍛造加熱溫度相比，固化鍛造加熱溫度生產的鍛件力學性能及金相組織水平與其相當，且滿足相關標準要求。

表4 模鍛工藝驗證結果

表5 自由鍛工藝驗證檢驗結果

由表4和表5可以看出，自由鍛工藝與模鍛工藝驗證的鍛件綜合性能相當，即固化鍛造加熱溫度生產的TA15鍛件力學性能及金相組織均滿足驗收標準要求，與傳統TA15鈦合金確定兩相區（α+β）鍛造加熱溫度生產鍛件的力學性能及金相組織水平相當，且質量穩定性及一致性較好，故固化鍛造加熱溫度切實可行。

2 取得效果

分別對TA15鈦合金傳統兩相區（α+β）鍛造加熱溫度與固化的鍛造加熱溫度進行生產驗證，即采用自由鍛及模鍛工藝驗證，將兩相區（α+β）鍛造加熱溫度固化為（955±5） ℃，生產的TA15鈦合金鍛件的形狀、尺寸、力學性能、高低倍組織等均達到了規定的技術要求。因此固化鍛造加熱溫度可有效縮短鍛件生產周期，為鍛件生產交付提供時間保證，同時也為原材料平行投產提供了數據支撐；此外，不同爐次鍛件可采用同一加熱爐加熱，在一定程度釋放了加熱設備資源，解決了部分生產瓶頸。

3 結束語

通過對TA15鈦合金相變溫度與鍛造溫度工藝效果驗證，將鍛造加熱溫度固化為（955±5） ℃生產的TA15鈦合金鍛件，其形狀、尺寸、力學性能及高低倍組織等均滿足相關標準要求，且批次間質量穩定性及一致性較好，具有符合性、可靠性和合理性。這在保證鍛件成形質量的基礎上，為企業降本增效、釋放理化及鍛造資源、加快生產進度提供保障。