Ti3Al合金叶片锻造工艺研究（下）

文/邰清安，周浩浩，关红，王丹·沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司技术中心

Ti3Al合金叶片锻造工艺研究（下）

文/邰清安，周浩浩，关红，王丹·沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司技术中心

《Ti3Al合金叶片锻造工艺研究（上）》见2016年第3期

热加工工艺参数试验

⑴试验方案。

典型件进行挤压、模锻和热处理试验。挤压温度（2组）、终锻温度（2组）及热处理固溶温度（2组）的试验方案见表2，时效工艺为：850℃时效→保温16h→空冷。

表2 试验方案

⑵高倍组织检测。

每个叶片取叶身和榫头各1块进行高倍组织观察，叶身检查中间、边缘2点，榫头检查1点。从图5显微组织可看出，以1020℃/1040℃挤压和1020℃/1040℃/1060℃/1080℃终锻工艺锻造的叶片，经1040℃/1060℃固溶和850℃时效处理后，均可获得α2＋Β2＋O三相双态组织（即由α2相颗粒、O相板条和Β2相基体构成的组织）。随着挤压温度的提高，叶片组织中的α2相颗粒数量减少，且分布趋于不均匀。终锻温度的提高，同样造成叶片组织中的α2相颗粒数量减少和分布趋于不均匀；在α2相颗粒分布少的区域，可看到基体Β2相晶粒长大，基体内析出的O相条状较细且少，影响持久和蠕变性能（图6）。由于锻件的锻造过程是挤压后终锻，挤压时杆部的挤压比较大，挤压速度快，使杆部出现挤压热，温度升高，造成α2相溶解。榫头部位由于变形量小，组织较均匀，特别是加热温度低的锻件，α2相晶内、晶界含量均匀。

图5 显微组织

图6 高倍组织图

低温挤压试验

⑴试验方案。

根据上述分析，为获得均匀的组织，又进行了低温挤压试验。分别在960℃、980℃、1000℃和1020℃用四级转子叶片挤压模具进行试验。

⑵高倍组织检测。

挤压件直接进行高倍组织检测，组织为α2＋Β2两相等轴组织，这是由于挤压的棒材直径较小，冷却速度快，O相板材在挤压后空冷时未及时析出（图7）。从组织形态综合来看，挤压温度为980℃的高倍组织的α2相颗粒分布均匀，组织均匀性比其他四组好。

图7 低温挤压高倍图

等温锻工艺试验

为提高模具的抗高温、抗氧化的能力，等温锻模具材料采用K465合金代替以往的K403合金，铸造成形后进行精加工。取挤压温度为1040℃的挤压件3件进行等温锻造试验。电炉加热温度1000℃，加热器温度选950℃，垫板厚30mm。等温成形后对叶片尺寸进行检测，叶身厚度尺寸在名义值。热处理工艺为1040℃固溶→保温2h→油冷→850℃时效→保温16h→空冷，然后送理化进行组织检测。等温锻的组织如图8所示，为三相双态组织，晶内α2相颗粒分布均匀，O相板条多，等温成形叶片组织和同样温度普通成形组织基本相当。由于等温锻的模具制造周期长、费用高，而且锻件生产周期也比普通成形时间长，所以在能保证组织符合要求的情况下，可采用普通锻造成形。

图8 等温锻高倍组织

叶片试制

工艺流程

根据前期的工艺试验确定的主要工艺路线为：下料→加热→挤预锻坯→清理→加热→终锻→切边→热处理→终检。

锻件生产过程及结果

试生产叶片200余件，叶身Cmax控制在精锻叶片尺寸上差0.8～1.0mm，透光不大于0.3，表面质量合格，无裂纹、折叠等缺陷，锻件成形实物图，如图9所示。锻件的显微组织如图10所示，高倍组织为三相双态组织，α2相呈等轴组织，O相为魏氏板条且析出均匀。

图9 锻件成形实物图

图10 叶片锻件高倍组织

性能件经热处理后取板状试样，进行室温拉伸、高温拉伸、高温持久性能的检测，由表3、4可看到，室温和高温性能均达到较高水平。

表3 室温性能

表4 高温性能

结论

⑴Ti3Al合金变形量不宜超过70%，加热温度在1020℃以上。

⑵试生产验证表明采用圆柱坯料挤预锻坯→模锻→切边→热处理的Ti3Al叶片精锻工艺流程是可行的，能够获得表面质量良好的叶片锻件。

⑶力学性能检测结果表明叶片试验件具有良好的室温拉伸、高温拉伸和高温持久性能。