钛合金由于拥有比强度高、耐高温、耐侵蚀性等 优异的综合机能

，在航空航天、舰船和核电等工业领 域得到宽泛的利用冋
。随着塑性成形加工技术的不 断发展

，市场对锻件产品质量要求不休提高

，相识和 把握出产加工工艺对产品质量的影响

，并通过节造 工艺参数来提高产品质量是极度沉要的
。其中

，锻 造是塑性变形中的一种代表性工艺

，通过对锻件进 行反复的徹粗拔长使锻件产生较大的变形、累积较 大应变

，重要主张是细化晶粒、解除锻件内部缺点、 提高锻件机能

，总体上使合金资料的组织机能得到 改善,并且锻件的内部组织、力学机能和服役寿命均超过了铸件然而锻件在铸造过程中容易产生裂 纹并影响锻件的合格率

，而危险值的大幼是衡量锻 件塑性变形过程中裂纹出现几率的指标

，当钛锻件危险值达到临界值时裂纹萌生
。因而

，相识分歧铸造工 艺参数下的危险值,对保障锻件成形质量、提升锻件 在服役期间的靠得住性拥有沉要意思
。

现实铸造加工过程较为复杂且对于锻件的变形 参数和机能之间的关系是难以直接测试和表征的

， 通过有限元数值仿照能够对复杂的铸造过程中危险 值进行有效分析冋,在节俭财力和物力的同时

，也揭示了在分歧的变形速度、变形温度、进攻次数下锻件 危险值的大幼

，并通过正交试验对铸造工艺参数进 行优化
。综合思考分歧铸造工艺参数对锻件危险值 影响的显著度

，获得一组较优的工艺参数组

，为TC4钛合金在铸造出产过程中提高锻件质量、设备整体 服役寿命提供理论凭据
。

1、钛合金锻件仿真模型成立

利用Deform-3D有限元仿真软件对TC4钛合金屡次铸造变形过程进行仿真
。成立有限元仿照时所需坯料和模具的三维模型如图1所示

，其中坯料的尺寸为100mmx50mmx80mm与现实锻件铸造尺寸维持一致

，高低模具为铸造设备试验简化后的锤头和砧板
。

凭据铸造出产过程中变形速度、变形温度、变形量等成分对锻件危险值的影响

，设置铸造工艺参数为变形温度925、950、975、1000、1025°C,变形速度0.2、2、20、200mm/s,变形量 30%、40%、50%、60%、70%
。

2、TC4钛合金有限元仿真了局分析

2.1 工艺参数对锻件危险值的影响

(1)变形速度对锻件危险值的影响
。在铸造温度为1000°C,总变形量为50%的铸造工艺参数下

，别离分析了变形速度为0.2、2、20、200mm/s时锻件的危险值
。分歧变形速度下TC4钛合金危险值云图如图2所示
。分歧变形速度下TC4的最大危险值如图3所示
。从图2、3能够看出

，在变形速度为0.2mm/s时,TC4钛合金锻件的危险值散布比力均匀

，且最大值为0.0524；变形速度为2mm/s时,TC4钛合金锻件最大损失值为1.43；变形速度为20mm/s,TC4钛合金锻件的危险值根本分布在两侧变形较大部门

，且危险值最大为1.17；变形速度为200mm/s,TC4钛合金锻件的危险值散布情况在两侧变形较大地位

，且最大值为0.652
。

在变形速度0.2?2mm/s时

，随着变形速度的增长,TC4钛合金锻件的危险值急剧增长

，且在变形速度为2mm/s时锻件的危险值最大
。变形速度在2~200mm/s时,TC4钛合金锻件的最大危险值而降低
。因而

，在温度和变形量肯定的情况下

，变形速度在肯定领域内低于或者高于2mm/s都有助于减幼锻件危险值

，有助于预防锻件岀现开裂景象的同时提高锻件的质量
。

(2) 变形温度对锻件危险值的影响
。现实铸造时的进攻速度与数值仿照了局相结合

，选择铸造过程中的变形速度为200mm/s,变形量为50%,作为初始前提

，分析分歧温度对TC4钛合金锻件危险最大值的影响

，如图4所示
Ｄ芄豢闯

，随着铸造温度的增长最大危险值在逐步减幼

，并且在925 °C时获得最大值
。在变形速度、变形量一样下

，提高铸造变形温杜仔助于降低TC4钛合金锻件在铸造过程中的危险值,减幼铸造过程中锻件出现裂纹景象

，从而提高锻件成形品质量
。

(3) 变形量对锻件危险值的影响
。当铸造温度为1000 °C、变形速度为200mm/s时辰析了变形量为30%、40%、50%、60%、70%的锻件最大危险值
。分歧变形量对TC4钛合金锻件危险值的影响如图5所示
。从图中能够看出

，TC4钛合金锻件最大危险值随着变形量的增长而增长

，由于锻件经过加热和高温保温后金属之间的流动性加强

，在受到表力作用时

，金属变形向双方流动

，但鼓肚景象不显著

，随着变形量的增长

，鼓肚景象愈加显著

，锻件所接受的变形抗力也逐步增长
。为了预防在铸造过程中危险值较大

，锻件开裂景象的产生,在其他前提一样的情况下尽量选取幼变形铸造
。

2.2基于正交试验的TC4钛合金工艺参数优化

正交试验是基于最优理论步骤对多成分问题进行寻优的一种步骤

，有以下几种特点:①利用方差分析法

，获得各成分对影响指标的贡献率

，利用极差分析对方差分析的了局进行检验,提高数据的靠得住性;②对试验中各成分有无交互作用进行确定；③通过正交试验中的仿照数据

，得到成分水平组合的推算了局
。

通过正交试验法将锻件在分歧铸造工艺参数下仿照得到的最大危险值进行优化

，结合方差分析和极差分析确定变形温度、变形速度及变形量对锻件质量影响的显著水平

，并通过方差分析分歧铸造工艺参数对锻件指标的影响的显著水平和贡献率

，最终获得较优的铸造工艺参数组

，为TC4钛合金锻件现实铸造工艺参数的拔取提供凭据
。

(1)钛合金锻件影响成分的预测模型
。在铸造变形的过程中

，影响TC4钛合金锻件危险值的重要铸造工艺参数是变形温度、变形速度和变形量
。铸造工艺参数及水平如表1所示

，批注正交试验法中重要影响成分是变形温度、变形速度和变形量

，并且每个影响成分设置5个分歧的参数水平
。

在正交试验法中

，不思考铸造工艺参数之间的交互作用

，选择厶25(56)的正交试验表

，数值仿照分析TC4钛合金铸造过程中分歧铸造工艺参数对锻件质量的影响

，并以锻件的危险值作为试验的指标,具体的正交试验规划如表2所示
。

(2) 极差分析
。正交试验法中分歧铸造工艺参数在分歧水平组合下锻件最大危险值的影响进行极差分析

，如表3所示
。从表3中对比变形温度、变形速度、变形量所对应的极差值R,得出铸造工艺参数对TC4钛合金锻件危险值的影响水平

，其中

，变形速度〉变形量〉变形温度
。结合铸造试验中铸造温度对TC4钛合金力学机能的影响

，得到铸造温度为925 °C时,TC4钛合金的危险值最幼

，综合思考现实铸造过程中锻件的机能与正交优化的了局相结合得到较优的工艺参数组为：变形温度925 °C,变形速度1000mm/s,变形量 70%
。

(3) 方差分析
。方差分析法是分析影响成分显著性水平的步骤
。为进一步确定工艺参数对TC4钛合金锻件机能的显著性影响

，能够通过方差对正交试验数据进行分析,并得出TC4钛合金锻件危险值的显著性如表4所示
Ｄ芄豢闯鲋毂湫喂讨旃ひ詹问斜湫嗡俣榷远图质量的影响贡献率最大,进一步确定了变形速度是确定锻件机能的关键
。

3、结论

(1) 在变形温度1000 °C和变形量50%时

，变形速度低于或者高于2mm/s都有助于减幼锻件危险值

，提高锻件质量
。

(2) 在变形温度925 °C ,变形速度1000 mm/s,变形量70%时锻件质量优良
。

(3) TC4钛合金锻件铸造变形过程中各个铸造工艺参数对锻件最大危险的影响顺次为变形速度＞变形量〉变形温度
。

参考文件：

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