钛合金由于密度幼、比强度高、耐侵蚀 ，已被宽泛利用于航天航空领域。TC4钛合金属于Ti-Al系双相高强钛合金 ，拥有优良的热变形工艺性及良好的力学机能 ，最高工作温度可至500℃,已被大量利用于航空航天发起机等沉要部件[1]。陪伴着新型发起机对推沉比要求的提高 ，压气机等叶盘锻件使用盘轴类整体锻件已成为一项沉要行动。本文针对某TC4合金盘轴一体锻件提出一种多火次正挤压工艺。
1、锻件工艺性分析
TC4钛合金锻件如图1所示。锻件结构为上盘下轴 ，盘部直径与杆部直径比例达到3,而杆部的长杜纂盘部的厚度比例约为6.75,为典型的盘轴类锻件。选取φ300mmx250mm还料挤压成形 ，工艺难点为盘、杆横截面变动大 ，成形过程中金属流动剧烈 ，充型难题。如若选取分步成形 ，先拔杆部 ，后镦粗头部 ，必然增多火次、引起盘杆部组织机能差距大等问题。本文提出一种多火次正挤压成形工艺 ，坯料在模具作用下整体变形 ，而阔气的金属可作为杆手下端工艺余料或贮存在盘部 ，保障锻件成形的靠得住性。
钛合金由于热导率低 ，变形过程中在较大的应变部位易产生部门温升 ，对组织均匀性以及晶粒的发展变动产生不良影响。出格是锻件成形后期 ，受热互换、热辐射等成分综合影响,锻件表层与心部形成较大梯度的温度场 ，心部温升的成效强烈 ，由此带来的部门金属流动软化 ，易引起低倍组织不均匀 ，高倍组织及机能不合格等问题。本文利用有限元仿照软件仿照成形过程 ，合理设置变形过程的每火次变形量。
1.1 锻件火次节造与变形量分配
选取正挤压单火次成形锻件 ，其杆部金属流动距离较长 ，盘部变形量超过90% ，锻件靠近模具表表的处所温降和变形剧烈 ，易出现低倍组织不均匀、表表扯破、充填差等问题。对于该锻件 ，可适当增长火次来实现变形 ，而多火次间的加热过程能够抵消上1火次锻件产生的内应力 ，减幼晶粒的拉长水平 ，同时也有利于节造变形的均匀性。
选取有限元分析软件对变形过程进行数值仿照。仿照参数为:坯料加热温度为相变点下35℃ ，模具加热温度为300℃,压下速度为2mm/s,剪切摩擦因数选择0.3,热互换系数选择8000W/(m2.K)[2]。锻件成形的总步长为185mm,通过反复仿照推算 ，共设置3个火次 ，选择第1火的压造行程为135mm,第2火为35mm,第3火为15mm,对应的应变领域如图2所示。第1火重要产生镦粗变形 ，等效应变在0.37?1.11之间 ，第2、3火等效应变沿锻件表形散布 ，等效应变领域在0.3?0.7之间 ，第3火时 ，工件对应部位的等效应变在0.5左右。
1.2 变形速度、加热温度对组织的影响分析
变形速度对TC4合金锻件的影响重要体此刻晶粒的变动和工艺窗口两个方面。在锻件成形过程中 ，变形速度过快 ，大变形区域的变形热不易消散 ，带来的部门温升易导致临界切变应力的降低以及原子能的提高 ，推进晶界加快滑移 ，引起晶粒异常长大 ，组织不均匀；而变形速度过慢 ，则会导致总变形功夫变长 ，在热辐射、模具的热互换等成分综合作用下 ，锻件整体温度降低 ，引起初生球状《相的比例过高、工艺窗口变幼等问题[3]。综合思考选择2mm/s的速度进行锻件变形。
加热过程中 ，已经拉长变扁的晶；岢ご蠡虮幌嗔诘木Я９椴 ，而加热温度距相变点过近 ，则会造成α相体积分数的减幼 ，晶粒的过度粗化等 ，加热温度过低则会造成变形抗力增大 ，晶粒细化等问题 ，综合思考选择该锻件的加热温度为相变点(995℃)下25?40℃的温度区间Ｋ伎嫉絋C4合金淬透性较好 ，而锻件自身的热容量不大 ，锻后选择空冷来冷却。
2、试造了局及分析
2.1 锻件及显微组织
由图3、4可知 ，锻件各个部位初生的球状α相体积分数大体相称 ，为35%?40% ，α相的体积分数重要由变形温度和变形量决定 ，注明铸造温度的设定及变形量节造根基合理 ，其中1号地位 ，初生α相尺寸为15?20pm,次生的条状基体较为致密 ，这是由于该部位在最后一个火次中 ，应变约为0.75,且该部位有效厚度较幼 ，冷却速度较快导致的。其余遍地的球状α相再结晶均较好 ，尺寸为30?40|xm,次生的条状基体状态一致性较好 ，批注锻件成形过程均匀性较好 ，也验证了锻件成形应变领域的合理性。
2.2 力学机能
按图3(b)取样地位取样并进行加工 ，拉伸试样直径测试了局见表1。
锻件力学机能了局批注 ，锻件的室温机能及髙温机能均能满足技术要求 ，其中盘部强度较杆部的略高。
3、结论
(l)试造了局批注 ，通过三火陆续正挤压工艺能够得到切合技术要求尺度要求的TC4合金盘轴一体锻件。
(2)使用数值仿照技术能够对火次间的应变量进行优化配置 ，每个火次中应变量的节造领域在0.3?0.7之间。
参考文件：
[1]《中国航空资料手册》编纂委员会.中国航空资料手册[M].北京：中国尺度出版社 ，2001.
[2]史廷春 ，陈森灿.TC4高温铸造本构模型的尝试钻研[J].锻压技术 ，1999⑶：1-7.
[3]吕炎.锻件组织机能节造[M].北京：国防工业出版社 ，1988.
有关链接
