1、引言
现代战争对武器及装备提出了许多新的要钛合金是价格昂贵的金属材料又属于难加工求，其中对军用飞机的要求更高。这使得高比强、中温性能好，耐腐蚀性能优良的钛合金成为现代军用飞机的主要结构材料之一。飞机发动机的回转体、机匣、飞机框架、传动部件、起落架部件等都是性能要求高，形状复杂的零件，因而对加工成此类零件的钛合金锻件提出了很高的要求。
(热加工和机械加工)的类型。采用传统的锻造方式，由于变形抗力大，变形温度高，变形温度范围狭窄，普通锻造只能锻成比较粗的锻件。通过大量机加工成型锻件，大量金属被机加工切削掉，金属材料利用率低，机加工成本高，使最终零件价格昂贵。另外，钛合金对锻造工艺参数比较敏感，锻造温度、变形量以及冷却速度的改变都会引起钛合金组织性能的变化。传统模锻很难精确控制锻造的工艺参数，造成锻件组织和性能波动较大。用等温锻造技术生产的锻件，尺寸精确、性能稳定，组织性能易控制，是一种理想的钛合金锻造方法。等温锻造技术的出现为航空航天生产精密、优质的锻件开创了一条重要的途径。
2、等温锻造的基础
2.1 低变形抗力及高的延伸率
部分金属或合金在高温和低应变速度下，塑性异常升高，应力显著降低的现象即为超塑性，其特点是用低的应力产生大的塑性变形。力学特性符合公式。
o=K·∈m
式中K是常数，∈是应变速率，m是表示变形应力对应变速度敏感性系数。公式说明M值愈小，应变速率稍微减慢，变形抗力即明显下降。
图1、图2是TC4钛合金的变形特性。从图1可以看出，在800~950℃范围内，随着温度升高，延伸率最大，可达到1000%以上。变形应力随温度升高而降低。从图2可以看出，不同温度下变形速率从5.2×10-3降到5.2×10-4，应力明显下降， 可降到20MPa以下。
2.2 变形均匀
在锻造过程中，模具的致冷作用都强烈影响工件与模具接触的表面，再加上摩擦力，使工件表面的低温层变形量特别低，无法破碎原有的粗晶，形成了变形死区。变形死区是锻造中难于避免的现象，是造成锻件中组织不均匀现象的重要原因。
常规的锻造都有明显的死区，而等温锻和热模锻的模具温度与变形工件的温度处于相同或相近的状态，这样消除了工件表面的低温层也就消除了变形死区。
2.3 钛合金等温锻造的实现
钛合金等温精密锻件实现的条件是钛合金在某一个较窄温度范围，以很慢速度变形，并保持温度不变。因此，只有模具温度与变形工件温度相等或相近才能实现此条件。在等温锻造过程中变形工件表面不存在低温区，锻造的各种参数如温度、压力、速度、压下量等都能预先设定并自动控制。金属变形均匀，可以获得理想的组织和性能，实现钛合金锻件的精密锻造。
3、航空用钛合金等温精密锻件的研制
3.1 锻件设计及模具设计
航空用钛合金等温锻造精密锻件，通常设计锻件的单边加工余量考虑了超声波盲区为3-6mm，形状与零件相近。脱模角0~3°。
锻件主要采用闭式锻造法设计模具。在模具成形设计与中间坯设计时，要考虑在成形过程中产生涡流、回流、折叠、缺肉等现象，局部设计一些飞边仓。
等温锻造钛合金的模具需加热到950℃左右，且要承受一定的压力，模具材料在高温下应有一定的强度。目前模具材料采用铸造K3高温合金材料。
3.2 原材料
等温锻造所用的原材料化学成分、力学性能必须符合相关的技术条件要求。原材料为各种规格的圆棒，用料尺寸一般采用高宽比2.5~2.7。
3.3 等温锻造
基本成型工序：下料→等温锻饼超声波探伤→等温锻造→热处理→精整→检验→人库。
终锻锻造温度、锻造压力、锻后冷却方式、热处理制度应根据材料牌号及锻件所需的组织和性能来决定。为了防止锻件表面氧化，每次热加工时工件表面都涂上防氧化润滑剂。
4、试验结果
4.1 外形
采用等温锻造生产的航空用典型盘类的有：TC11钛合金二级轮盘、TC6II/III级盘、TC17压气机盘见图3。典型的薄壁管类件有：TC11空气导管、TC4前轴颈、TC6作动筒见图4。典型的大型锻件有TA19钛合金机匣、TC4钛合金行星架、TC17整体叶盘见图5。
可以看出等温锻件外形表面光洁、尺寸符合锻件图要求。空心的薄壁锻件，锻件的金属流线分布更合理，有利于受力要求，并能节约大量的金属原材料。
4.2 金相组织
锻件分别经热处理后检查，高低倍组织符合相应技术条件要求。
4.3 力学性能
锻件经热处理后，在规定的锻件部位切取试样，按规定的测试方法试验，各锻件的力学性能符合相关的技术条件要求。TC11等温锻件力学性能见表1、TC4等温锻件力学性能见表2、TC17等温锻件力学性能见表3、TC6等温锻件力学性能见表4。
数据表明，各项测试结果满足了各种锻件规 定的指标要求。锻件的各组机械性能数据相当接 近，表明锻件的质量优良。
5、结论
形精确的航空用钛合金精密锻件，锻件的金属流采用等温锻造新工艺可以生产表面光洁，外线分布更合理，有利于受力要求。与普通锻造的锻件相比，等温锻件的材料用量可减少30%~40%，提高了金属的收得率，减少了加工工时，降低了零件成本。钛合金等温锻件的组织均匀，性能稳定，满足了航空精锻件的要求。
参考文献
[1]Backofen， W.A.， Turner， I.R.， Avery， D.H.， Super-plasticity in anAl-Zn Alloy， Trans.ASM， 57(1964) ，980~990.
[2]庞克昌，航空锻件精化的重要途径-等温锻造技术.金属学报.2002.38：357
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