锻造

钛及钛合金的变形抗力大小取决于合金成分、变形温度、变形量及变形速度。在锻造温度范围内，除TAO、TA1、TA2、TA3、TC1、TC2等合金变形抗力大致相当于碳素结构钢外，其余合金变形抗力大致相当于耐热合金钢。钛及钛合金的变形抗力随变形温度的降低和变形量的增加而急剧提高，如图6-19~图6-22所示。变形速度增加，变形抗力也增加很多，如用锻锤比用水压机锻造所需要的压力要增加50%,甚至到几倍。

锻造加工中，变形温度、变形程度和变形速度对锻件质量有很重要的影响，必须正确控制这些因素。
钛及钛合金铸锭具有粗大的晶粒，工艺塑性较差，一般是将铸锭加热到（α+β)/β相变点以上进行锻造，主要变形是在β区完

成。因为在这个温度下变形抗力低，塑性高，可以采用大变形量，从而提高锻透性，较充分地破碎铸态组织，同时也能提高生产率，降低消耗。
实践证明，铸锭的总变形量达70%~80%(即锻造比达3.5~5)时，在规定的变形温度范围内用合适的变形速度锻造，其粗大的铸造组织基本上被破碎，得到较均匀、细小的纤维组织，其抗拉强度和塑性指标都有所提高。铸锭开坯变形量过低时，铸态组织不能得到有效地破碎，其性能较差，这直接影响到进一步加工的产品性能。
为减少锻件裂纹，提高生产率，变形坯料也在（α+β)/β相变点以上锻造，但变形温度要比铸锭稍低。
铸锭和变形坯料每加热一次合适的变形量范围见表6-10.（α+β)合金应当在（α+β)/β相变点以下加热，于两相区锻造，用合适的变形速度，在规定的变形量范围内，可以得到较细小的具有一定量的等轴初生α和转变的β组织，这种组织的综合性能较好。实验证明：TC4合金当有10%~25%(体积分数）的等轴

初生α嵌镶在针状α和转变的β组织中，这种组织的拉伸塑性与断裂韧性配合最好。如果加热温度高于（α+β)/β相变点，使锻造温度过高，当变形量不够大时，变形结束在β区，往往得到粗大的片状或针状α间β组织，称为粗大魏氏组织。这种组织强度变化不大，但塑性显著下降；随着工艺的继续，锻件温度降低至（α+β)区，当变形量增大时，则出现歪扭程度不同的条状（α+β)组织，原始β晶界得到破碎，即所谓网篮状组织。这种组织强度变化不大，但伸长率、断面收缩率和冲击韧性有些降低，而高温性能和断裂韧性却有所改善。当温度更高时，会出现粗大、平直条状（α+β)组织，并呈现粗大清晰的原始β晶界，称为过热组织，这种组织塑性严重恶化，称为β脆性。在成品锻造中应该避免。TC4合金φ80mm锻棒在β区和（α+β）区锻造的室温塑性比较见表6-11.

α型合金同（α+β）合金一样，也应在（α+β)/β相变点以下加热，在（α+β)两相区锻造。高于（α+β)/β相变点加热锻造，也会使塑性下降，甚至出现β脆性，并且α合金的β脆性倾向比
（α+β)合金严重。
消除β脆性的唯一办法是将锻件在（α+β)/β相变点以下加热，于（α+β)两相区锻造，并使变形量大于50%.对于α或（α+β)合金成品锻造，在（α+β)/β相变点以下应有50%以上的变形量其组织才会均匀、细小，综合性能才好。钛合金成品锻造的变形量见表6-10.
由于某种情况成品最后一火次变形量不足时，加热温度应比表6-7中的温度更低些，才会得到较好的组织和性能。
钛合金的临界变形量为2%~12%,在临界变形量时，晶粒显著长大。变形量超过85%时，由于晶体的结晶取向很接近，容易发生聚合再结晶，使晶粒再次增大。因此，在锻造加工中，每一火次变形应避开临界变形量，使之大于20%,但不能高于85%.变形速度对锻件质量也有很重要的影响。锻造过程是放热过程，是一个动能转变成热能，产生热效应的过程。当变形速度很快时，不仅使变形抗力提高，而且变形热效应使锻件局部或整体温升过高，有可能超过（α+β)/β相变点，得到的锻件组织和综合性能较差。当温度较低时，采用很高的变形速度会使局部温升很厉害，甚至过烧，导致裂纹产生或性能严重恶化。在高的变形速度下，加工再结晶来不及进行，会降低加工塑性。合适的变形速度可使锻件温度不升高，而又不致下降很快，能在规定的温度范围内完成总变形。锻锤的变形速度比水压机快得多，在锻造过程中必须控制其锻打的快慢和轻重，才能保证锻件温度合适和较高的加工塑性。
用水压机锻造，锻件温升很少，金属的加工再结晶能大部分完成，不仅在加工中塑性高，而且对保证锻件质量是有好处的。但对于截面较小的锻件，采用锻锤能使锻造温度维持较长时间，对变形和表面质量是有好处的。
必须指出的是：变形温度、变形速度和变形程度绝不是孤立地影响锻件质量的。例如，加热温度稍高，但用足够大的变形量和较低的变形速度也可以得到较好的组织和性能，所谓β锻造工艺的确定，就是从这一原则出发的；相反，加热温度虽低，但变形速度很高，会使温升很快、很高，足够大的变形量也得不到很好的组织和综合性能；当变形量较小时，用相当低的加热温度与合适的变形速度也可以得到较好的组织及性能。
很多研究结果指出，钛合金的性能不仅取决于合金的成分（对工业纯钛而言是氧含量），而且取决于其加工的历史，即加工的过程，因为它控制了晶粒的尺寸和择优取向（织构），所以成品锻件的组织和性能与原始坯料的状态也有很大关系，因此，应控制好坯料的加热温度、变形量和变形速度，应在规定的变形温度范围内完成坯料的锻制。
锻造前应将砧子、操作机钳口预热到300℃左右，以使作业时锻件温降减慢；铸锭开坯时，开始每次锻打变形量要小，当铸造组织有一定破碎时（变形量不小于20%)再加大变形量，并力求均匀，以减少裂纹和折叠等产生及组织不均；用锻锤锻造时，开始要轻锤快打，中间重锤慢打，接近完成时又要轻锤快打，任何时候都不要连续重锤猛击，以免锻件温升过高，性能变坏；在锻造过程中坯料要勤翻，尽量减少冷的棱角出现；热锻件应避免与水接触。

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