鈦棒廠家談石棉包覆工藝提升TA12A鈦合金鍛造成品率的方法

前言

TA12A 是一種近 α 熱強鈦合金，主要用于制造航空發動機的壓氣機和風扇的盤件、葉片和機匣等零件。其名義成分為 Ti-5. 5Al-3. 5Sn-3. 0Zr-0. 7 Mo-0. 3Si-0. 4Nb-0. 4Ta，所含合金元素種類較多，且含量較高，β 穩定元素含量低，工藝塑性差，尤其是在相變點（Tβ）以下鍛造，鍛造過程極易開裂，打磨損耗大，造成了很大的生產成本浪費，而且延長了生產周期。因此，開展減少 TA12A 鈦合金鍛造過程開裂工藝研究，提高 TA12A 鈦合金鍛造成品率，穩定生產過程，實現降本增效，非常有必要。

實驗方法

通過現場觀察與分析，TA12A 合金在相變點 （Tβ）以下鍛造過程中，坯料表面及端頭均會出現不同程度的開裂，主要原因為表面及端頭溫降導致塑性變差，拔長時出現開裂問題。本實驗目標產品為 ?400mm 規格 TA12A 大規格棒材，在兩相區開展鍛造實驗，每次鍛造前采用石棉包覆，觀察鍛造過程及鍛后表面開裂情況。通過多次實驗后得出以后主要控制參數：石棉與坯料接觸的一面需均勻涂覆一層玻璃粉；每次加熱出爐后，坯料包裹石棉的時間應控制在 5min 以內，為防止石棉在鍛造過程中掉落，需在鍛前采用 10mm~20mm 壓下量壓緊石棉。

實驗結果及分析

公司 2020 年生產了 5 批 TA12A 合金 ?400mm 規格棒材，未采用石棉包覆，2021 年采用本實驗方法生產了 8 批 TA12A 合金 ?400mm 規格棒材。2021 年 的 8 批產品除采用本實驗方法石棉包覆外，其他鍛造工藝與 2020 年的 5 批產品完全一致。2020 年 TA12A 在兩相區鍛造過程中出現的典型開裂照片見圖 1，開裂嚴重，打磨難度大，成品率較低，5 批次產品鍛造成品率平均值為 63.29%，嚴重增加了公司的生產成本。

圖 1 2020 年 TA12A 未包覆石棉鍛造過程開裂典型照片

  （a）端頭開裂典型照片 （b）表面開裂典型照片

2021 年 TA12A 采用本實驗方法在兩相區開展石棉包覆鍛造的過程照片見圖 2，鍛造后表面質量情況見圖 3。采用石棉包覆后，能有效減少坯料表面溫降，避免坯料表面與砧子直接接觸，減少了坯料與砧子間的摩擦，對于降低坯料表面開裂具有顯著作用。公司 2020 年生產的 5 批 TA12A?400mm 棒材和 2021 年生產的 8 批次 TA12A?400mm 棒材的鍛造成品率見表 1，對比圖見圖 4。從表 1 的數據及圖的對比圖可以得出，通過采用石棉包覆工藝顯著提升了 TA12A 鍛造成品率，平均鍛造成品率由原 63.29%提 升至 71.45%，平均成品率提升約 8.16%。對公司 2020 年生產的 5 批TA12A?400mm 棒材和 2021 年生產的 8 批次 TA12A?400mm 棒材的各項力學性能檢測數據結果進行了統計，具體見表 2。2021 年各項力學性能檢測結果相比 2020 年均有所 提高，各項力學性能 Cv 值較 2020 年有所下降，批次穩定性提高，生產過程更加穩定。

結論

  （1）TA12A 在兩相區鍛造時采用石棉包覆工藝， 能有效減少坯料表面溫降，避免坯料表面與砧子直接接觸，對減少坯料表面開裂具有顯著作用。通過采用石棉包覆工藝顯著提升了 TA12A 鍛造成品率，平均鍛造成品率由原 63.29%提升至 71.45%，平均鍛造成品率提高約 8.16%。

  （a）石棉包覆中 （b）石棉包覆后

  （c）包覆鍛造前 （d）壓實石棉

  （e）石棉包覆鐓粗 （f）石棉包覆拔長

  （g）石棉包覆鍛后熱料 （h）石棉包覆鍛后冷料

   圖 2 2021 年 TA12A 石棉包覆鍛造的過程照片

圖 3 包覆石棉 TA12A 鍛坯鍛后表面情況

鍛坯端頭 鍛坯表面

  表 1 ?400mm 規格 TA12A 棒材成品率統計

  圖 4 ?400mm 規格 TA12A 棒材成品率對比圖

  表 2 ?400mm 規格 TA12A 棒材各項力學指標檢測結果

  （2）TA12A 在兩相區鍛造時采用石棉包覆工藝， 生產過程較未包覆石棉時更加穩定，產品批次穩定性提高。