钛的典型锻造工艺举例

锻棒组织的不均匀和力学性能的波动，主要是加工方法本身决定的，但工艺、操作如果得当，这种情况可得到明显的改善。
钛合金棒材锻造温度从开坯到成品，必须逐渐由高到低，特别是成品锻造前的两次加热，更应严格控制其加热温度和加热时间，同时也要控制好终锻温度，变形要均匀，速度要适中。
从铸锭到成品棒材或锻坯，其锻造过程通常分为3个阶段完成。
第一阶段：开坯。开坯的主要目的是“破碎”粗晶的铸造组织，细化β晶粒。所以通常开坯要经过一系列的加热和变形才能完成。第一组的加热和变形是若干次在相变温度以上完成的。它的首次锻造（开坯）温度在β转变点以上100~250℃,这时，铸造组织的塑性最好。开始时应轻击使锭料变形，直到打碎铸造粗晶组织为止，在β区再结晶时晶粒的细化过程参见本书第4.7.1节，随着锭坯塑性的提高，铸锭的加热温度可以逐火适当降低。每火变形程度必须大于20%;第二组的加热和变形是在两相区完成。
第三组的1~2火再在β区完成。两相区的变形使坯料具备足够的内能储备，在第三组加热时发生一次细化的β再结晶，这时锻坯的冷却速度对细化β晶粒有十分重要的作用。这就是铸锭开坯的“高一低一高”工艺。“高”、“低”主要指变形温度高于或低于相变温度。据欧美和俄罗斯的实践，经过“高一低一高”工艺的棒坯随后再在两相区充分变形即可满足宇航材料标准AMS4928和TOCT 190000(俄）对组织和性能的要求。有关TC6、TC9、TC18合金等铸锭（Φ420mm、φ360mm)组织细化的研究有很好的参考价值，如图6-23和图6-24所示。该试验先分别在β区或（α+β)区进行不同程度的变形，然后进行β退火，研究两种条件下不同程度变形后β晶粒细化的效果。研究结果表明：
（1)单纯在β区或两相区用大的变形程度细化β晶粒的效果并不是最理想的；

（2) 采用“低一高”工艺路线比较容易细化β晶粒；
（3)“高一低一高”比单纯“高一低”工艺细化β晶粒的效果显著得多；

（4) “高一低一高”工艺中，两相区的变形程度在20%~30%后再经β区一次退火，β晶粒细化效果最为明显，更大的变形程度并没有带来大的改进。
聚集再结晶是随温度升高、保温时间加长和晶粒的细化而加剧的，为了防止产生聚集再结晶，必须随晶粒细化逐步降低锻造温度，加热保温时间也要严格加以控制。
经过开坯后，一般钛合金锭以棒材形式提供给用户。
第二阶段：改锻。各钛生产厂提供给锻造厂的棒坯在组织和性能方面常常是参差不齐的，所以需要通过把定尺的棒坯改锻，提高和统一棒坯质量；为获得高质量的锻件做好准备。改锻一般是在两相区的上部温度下完成的，交替进行2~3次镦粗和拔长，同时可交替改变轴线和棱边。这样使整个毛坯截面获得非常均一的具有细小的β晶粒的双态组织。普遍认为改锻是保障锻件，特别是大锻件质量的关键工序。只有达标的锻坯才能保障获得高质量的锻件和大锻件。
第三阶段：荒坯锻造。这是为了合理地分配材料，锻成接近锻件粗型的坯料，并为最终锻件准备相应的组织条件。它与改锻的多向反复镦拔方式一样，始锻温度可以比β转变温度高30~
50℃,但一般也选用两相区锻造；若是交付产品，始锻温度则在β转变温度以下20~40℃较为合理。它在组织和金属分配方面为下一道模锻做好充分的准备。

由于钛的热导率低，在自由锻设备上镦粗或拔长坯料时，若工具预热温度过低，设备的打击速度快，变形程度又较大，往往在纵剖面或横截面上形成X形的剧烈变形带（剪切带），水压机上非等温镦粗时尤其如此。变形程度越大，剪切带越明显，最后在拉应力作用下形成裂纹。因此，在自由锻造钛合金时，打击速度应快些，尽量缩短毛坯与工具的接触时间并尽可能预热工具到较高的温度，同时还要适当控制一次行程内的变形程度。
锻造时，棱角处冷却最快。因此拔长时必须多次翻转毛坯，并调节锤击力，以免产生锐角。锤上锻造，开始阶段要轻打，变形程度不超过8%,随后可以逐步加大变形量。
最新的研究和工艺方案指出，制坯的第一阶段是以细化β晶粒为主要目标的，需要结合相变和再结晶的原理，经过多火次变形才能完成；第二、第三阶段的变形在于细化晶内组织，达到要求的组织类型和组织结构参数（如β晶粒度、α集束尺寸d、初生α的比例γ、α片的厚度b等），反复镦拔也可以不要求改变轴线方向，并要求镦拔成八方形状而不主张四方，以求组织和性能的细化均匀。每个阶段将根据铸锭的直径确保基本的锻造比，所以一个优质的钛合金锻件是与全过程的工艺因素即热机械加工工艺路线密切相关的。
钛合金棒材锻造部分工艺流程见表6-12,TC4合金生产ф80mm和ф45mm棒材的工艺参数分别见表6-13和表6-14,由于用户对产品的要求是多种多样的，所以这些工艺参数仅供参考。

锻饼坯料可以开成圆棒状，也可以开成方棒状。尺寸大小由饼材大小来决定，但要保证镦拔的可能性。用锯床、车床冷下料可以保证尺寸精确，在锻压设备上热切也是可以的。TC4合金ф200mmx106mm饼材锻制过程见表6-15.

为了保证饼材的晶粒细小均匀，综合性能好，必须进行2~3次甚至3~5次的反复变换方向的镦粗与拔长，每次镦粗比为1.5~2.
对于较小的饼材可以采用一火完成三镦两拔的工艺，对于大中型饼材可以采用多火次镦拔，其加热温度由高逐渐降低。但最后两火的温度一定要低于（相变点，总变形量要在70%以上，如果变形量不足时，相应的加热温度应更低一些。表6-16是在锻锤上锻制Φ400mmx90mmTC4饼材的工艺参数，表6-17是用水压机锻制ф500mmx70mmTC4饼材的工艺参数。

环材的锻造是在饼材锻造的基础上再加上冲孔与扩孔工序而完成的。对于内径较小、壁厚较厚的环材可以采用冲头扩孔，其工艺过程见表6-18.对于内径较大、壁厚较小的环材多采用马杠扩孔法。在锻锤上和水压机上锻制TC4合金环材的工艺过程分别见表6-19和表6-20.为了减少温降，在扩孔前应将马杠和锤头预热。目前锻造环材最后一火的锻造比为1:3.增加最后一火的变形量对提高环材的综合性能是有益的。

亿沐鑫新材料公司产品分类：钛棒、钛管、钛板、钛阳极、钛箔钛带、钛法兰、钛丝、钛靶材、钛设备、钛饼钛环、钛标准件、钛加工件