钛棒厂家谈石棉包覆工艺提升TA12A钛合金锻造成品率的方法

前言

TA12A 是一种近 α 热强钛合金，主要用于制造航空发动机的压气机和风扇的盘件、叶片和机匣等零件。其名义成分为 Ti-5. 5Al-3. 5Sn-3. 0Zr-0. 7 Mo-0. 3Si-0. 4Nb-0. 4Ta，所含合金元素种类较多，且含量较高，β 稳定元素含量低，工艺塑性差，尤其是在相变点（Tβ）以下锻造，锻造过程极易开裂，打磨损耗大，造成了很大的生产成本浪费，而且延长了生产周期。因此，开展减少 TA12A 钛合金锻造过程开裂工艺研究，提高 TA12A 钛合金锻造成品率，稳定生产过程，实现降本增效，非常有必要。

实验方法

通过现场观察与分析，TA12A 合金在相变点 （Tβ）以下锻造过程中，坯料表面及端头均会出现不同程度的开裂，主要原因为表面及端头温降导致塑性变差，拔长时出现开裂问题。本实验目标产品为 ø400mm 规格 TA12A 大规格棒材，在两相区开展锻造实验，每次锻造前采用石棉包覆，观察锻造过程及锻后表面开裂情况。通过多次实验后得出以后主要控制参数：石棉与坯料接触的一面需均匀涂覆一层玻璃粉；每次加热出炉后，坯料包裹石棉的时间应控制在 5min 以内，为防止石棉在锻造过程中掉落，需在锻前采用 10mm~20mm 压下量压紧石棉。

实验结果及分析

公司 2020 年生产了 5 批 TA12A 合金 ø400mm 规格棒材，未采用石棉包覆，2021 年采用本实验方法生产了 8 批 TA12A 合金 ø400mm 规格棒材。2021 年 的 8 批产品除采用本实验方法石棉包覆外，其他锻造工艺与 2020 年的 5 批产品完全一致。2020 年 TA12A 在两相区锻造过程中出现的典型开裂照片见图 1，开裂严重，打磨难度大，成品率较低，5 批次产品锻造成品率平均值为 63.29%，严重增加了公司的生产成本。

图 1 2020 年 TA12A 未包覆石棉锻造过程开裂典型照片

  （a）端头开裂典型照片 （b）表面开裂典型照片

2021 年 TA12A 采用本实验方法在两相区开展石棉包覆锻造的过程照片见图 2，锻造后表面质量情况见图 3。采用石棉包覆后，能有效减少坯料表面温降，避免坯料表面与砧子直接接触，减少了坯料与砧子间的摩擦，对于降低坯料表面开裂具有显著作用。公司 2020 年生产的 5 批 TA12Aø400mm 棒材和 2021 年生产的 8 批次 TA12Aø400mm 棒材的锻造成品率见表 1，对比图见图 4。从表 1 的数据及图的对比图可以得出，通过采用石棉包覆工艺显著提升了 TA12A 锻造成品率，平均锻造成品率由原 63.29%提 升至 71.45%，平均成品率提升约 8.16%。对公司 2020 年生产的 5 批TA12Aø400mm 棒材和 2021 年生产的 8 批次 TA12Aø400mm 棒材的各项力学性能检测数据结果进行了统计，具体见表 2。2021 年各项力学性能检测结果相比 2020 年均有所 提高，各项力学性能 Cv 值较 2020 年有所下降，批次稳定性提高，生产过程更加稳定。

结论

  （1）TA12A 在两相区锻造时采用石棉包覆工艺， 能有效减少坯料表面温降，避免坯料表面与砧子直接接触，对减少坯料表面开裂具有显著作用。通过采用石棉包覆工艺显著提升了 TA12A 锻造成品率，平均锻造成品率由原 63.29%提升至 71.45%，平均锻造成品率提高约 8.16%。

  （a）石棉包覆中 （b）石棉包覆后

  （c）包覆锻造前 （d）压实石棉

  （e）石棉包覆镦粗 （f）石棉包覆拔长

  （g）石棉包覆锻后热料 （h）石棉包覆锻后冷料

   图 2 2021 年 TA12A 石棉包覆锻造的过程照片

图 3 包覆石棉 TA12A 锻坯锻后表面情况

锻坯端头 锻坯表面

  表 1 ø400mm 规格 TA12A 棒材成品率统计

  图 4 ø400mm 规格 TA12A 棒材成品率对比图

  表 2 ø400mm 规格 TA12A 棒材各项力学指标检测结果

  （2）TA12A 在两相区锻造时采用石棉包覆工艺， 生产过程较未包覆石棉时更加稳定，产品批次稳定性提高。