TC25 钛合金锻造工艺研究

2021-10-20宗师刘保亮冯晓花西安三角防务股份有限公司

锻造与冲压 2021年19期

文／宗师，刘保亮，冯晓花·西安三角防务股份有限公司

TC25 钛合金是20 世纪70 年代初前苏联研制的一种热强钛合金，俄牌号是BT25，该合金的名义成分为：Ti-6.8Al-1.7Zr-2Sn-2Mo-0.7W-0.2Si，属于Ti-Al-Zr-Sn-Mo-W-Si 系的变形马氏体型α+β 两相钛合金。合金中含有钼、钨等高熔点的元素，热强性、耐热性很好，使用温度达到550℃，其使用寿命可达3000h，所以该合金主要被用于航空发动机高压压气机盘的制造。

基于某型号发动机高压压气机盘锻件的试制任务，开展TC25 钛合金锻造工艺研究。利用锻造工艺影响组织，而组织又与性能、探伤结果密切相关这一原理，通过选用不同的锻造工艺参数，研究了TC25钛合金锻件的显微组织、力学性能、探伤结果的变化规律，实现了TC25 合金锻造工艺参数的最优选取。

试验材料及方法

试验材料

试验材料采用西部超导材料科技有限公司生产的φ250mm 规格TC25 钛合金棒材，熔炼方式为真空自耗电弧炉三次熔炼。原材料经过入厂复验，各项指标满足标准要求。

试验方法

用锯床按工艺要求长度对棒材进行下料，随后在三种不同锻造加热温度参数下进行锻造，具体锻造工艺方案如下。

方案一：(Tβ-40)℃保温100min 后，升温至(Tβ+15)℃保温45min，出炉锻造。

方案二：(Tβ-40)℃保温100min 后，升温至(Tβ+20)℃保温45min，出炉锻造。

方案三：(Tβ-40)℃保温100min 后，升温至(Tβ+30)℃保温45min，出炉锻造。

三件TC25 钛合金棒材锻造完成后，按相同热处理制度进行双重退火。随后对三件锻件开展解剖试验分析，分别对其显微组织、力学性能、探伤水平进行测试。水浸探伤在以色列LS-200LP 型全自动超声波C 扫描设备上进行，显微组织检查在OLYMPUS/GX53型光学显微镜上进行，力学性能测试在美国INSTRON 5985 型电子万能材料试验机上进行。

试验结果及分析

锻造工艺参数对TC25钛合金锻件显微组织的影响

对三种锻造工艺所得到的TC25 钛合金锻件进行显微组织检测，得到的显微组织如图1 所示。

从图1 可以看出，TC25 钛合金在β 相变点上15℃锻造后的显微组织为含有少量初生等轴α 相的网篮组织，并且网篮比较短碎；在β 相变点上20℃锻造后的显微组织为典型的网篮组织，且内部编织情况比较理想；在β 相变点上30℃锻造后的显微组织同为网篮组织，但网篮编织不理想，α 片层较厚且呈平行排列。

图1 TC25 钛合金锻件不同锻造工艺下的显微组织

锻造工艺参数对TC25钛合金锻件探伤结果的影响

分别对三种锻造工艺所得到的TC25 钛合金锻件进行水浸探伤，得到的探伤结果如表1 所示。

从表1 可以看出，TC25 钛合金锻件的探伤结果，随着锻造温度的升高，噪声与底波损失逐渐升高，但差距不大，都符合锻件标准要求。

表1 TC25 钛合金锻件不同锻造工艺下的探伤结果

锻造工艺参数对TC25钛合金锻件力学性能的影响

三种锻造工艺所得到的TC25 钛合金锻件力学性能测试结果如表2 ～表4 所示。

通过对比表2 ～表4 的试验数据可以得出，采用β 相变点上20℃工艺方案锻造的TC25 钛合金锻件室温拉伸、高温拉伸、热稳定等综合性能最优。这主要是由于采用该工艺方案生产的锻件得到了理想的网篮组织，从而保证了锻件性能的最佳匹配；而其余两种工艺方案生产的锻件显微组织照片中网篮编织不理想，并存在网篮短碎、α 片层较厚且呈平行排列等问题，造成了其力学性能不佳的结果。