钛合金TC4锻造工艺研究

宫 成，刘 浩，刘晓霏，高新亮，张国庆

（1. 首都航天机械有限公司，北京，100076；2. 天津航天长征技术装备有限公司，天津，300462）

0 引 言

目前钛合金锻件产品被大量用于宇航、军工和汽车等领域，钛合金材料具有较高的比强度，密度为4.54 g/cm3，同时具有较好的热稳定性和高温强度。但在锻件生产过程中，由于TC4材料组织在变形过程中对变形温度和变形程度极为敏感，容易出现大批量高低倍组织不合格的现象，进而影响钛合金材料的塑性和高温强度，这些不合格组织如粗大晶粒、魏氏组织等对于宇航军工产品来说是致命的隐患[1]，因此近些年来有效控制TC4锻件的组织成为研究热点。

1 锻造工艺策划

1.1 锻件产品不合格现象分析

以中国某锻压企业大批量生产的某零件（锻件规格为Ф100×75 mm）为例，原材料为符合GB/T 2965-2007要求，锻造生产时1次镦粗成形，始锻温度为970 ℃、终锻温度为850 ℃，此材料在经锻造和热处理后力学性能、金相不合格现象时有发生，废品率较高，如图1所示。

图1 钛合金锻件某批次金相组织检测Fig.1 Metallographic Structure Inspection of a Batch of Titanium Alloy Forgings

从图1可以看出，低倍组织有肉眼可见的清晰晶粒，按照标准GJB2744A-2007评级为5级，属于不合格组织；高倍组织中初生α相含量小于5%，所有β晶界未α充分破碎，符合标准评级图中的7类，也属于不合格组织，初步分析为锻造温度和变形程度参数选取不当所致。

1.2 试验流程及方案

为改善钛合金锻件质量，避免因高低倍不合格引起大批量产品报废，计划开展4组工艺试验研究，试验变量为始锻温度和变形量，所有产品不检测高低温力学性能、不进行探伤工序，其余按照Ι-GJB2744A-2007验收，成形尺寸为Ф（115±3） mm×（75±3） mm，锻件生产流程如图2所示。……