減少TA12A 鈦合金鍛造過程表面開裂工藝研究

黃艷華，馮繼才，彭 暉，樊 凱

（湖南金天鈦業科技有限公司，湖南 常德 415000）

1 前言

TA12A 是一種近α 熱強鈦合金，主要用于制造航空發動機的壓氣機和風扇的盤件、葉片和機匣等零件[1-4]。其名義成分為Ti-5.5Al-3.5Sn-3.0Zr-0.7 Mo-0.3Si-0.4Nb-0.4Ta，所含合金元素種類較多，且含量較高，β 穩定元素含量低，工藝塑性差，尤其是在相變點（Tβ）以下鍛造，鍛造過程極易開裂，打磨損耗大，造成了很大的生產成本浪費，而且延長了生產周期。因此，開展減少TA12A 鈦合金鍛造過程開裂工藝研究，提高TA12A 鈦合金鍛造成品率，穩定生產過程，實現降本增效，非常有必要。

2 實驗方法

通過現場觀察與分析，TA12A 合金在相變點（Tβ）以下鍛造過程中，坯料表面及端頭均會出現不同程度的開裂，主要原因為表面及端頭溫降導致塑性變差，拔長時出現開裂問題。本實驗目標產品為?400mm 規格TA12A 大規格棒材，在兩相區開展鍛造實驗，每火次鍛造前采用石棉包覆，觀察鍛造過程及鍛后表面開裂情況。通過多次實驗后得出以后主要控制參數：石棉與坯料接觸的一面需均勻涂覆一層玻璃粉；每火次加熱出爐后，坯料包裹石棉的時間應控制在5min 以內，為防止石棉在鍛造過程中掉落，需在鍛前采用10mm～20mm 壓下量壓緊石棉。

3 實驗結果及分析

公司2020 年生產了5 批TA12A 合金?400mm規格棒材，未采用石棉包覆，2021 年采用本實驗方法生產了8 批TA12A 合金?400mm 規格棒材。2021 年的8 批產品除采用本實驗方法石棉包覆外，其他鍛造工藝與2020 年的5 批產品完全一致。2020 年TA12A 在兩相區鍛造過程中出現的典型開裂照片見圖1，開裂嚴重，打磨難度大，成品率較低，5 批次產品鍛造成品率平均值為63.29%，嚴重增加了公司的生產成本。

圖1 2020 年TA12A 未包覆石棉鍛造過程開裂典型照片

2021 年TA12A 采用本實驗方法在兩相區開展石棉包覆鍛造的過程照片見圖2，鍛造后表面質量情況見圖3。采用石棉包覆后，能有效減少坯料表面溫降，避免坯料表面與砧子直接接觸，減少了坯料與砧子間的摩擦，對于降低坯料表面開裂具有顯著作用。

圖2 2021 年TA12A 石棉包覆鍛造的過程照片

圖3 包覆石棉TA12A 鍛坯鍛后表面情況

公司2020 年生產的5 批TA12A?400mm 棒材和2021 年生產的8 批次TA12A?400mm 棒材的鍛造成品率見表1，對比圖見圖4。從表1 的數據及圖的對比圖可以得出，通過采用石棉包覆工藝顯著提升了TA12A 鍛造成品率，平均鍛造成品率由原63.29%提升至71.45%，平均成品率提升約8.16%。

圖4 ?400mm 規格TA12A 棒材成品率對比圖

表1 ?400mm 規格TA12A 棒材成品率統計

對公司2020 年生產的5 批TA12A?400mm 棒材和2021 年生產的8 批次TA12A?400mm 棒材的各項力學性能檢測數據結果進行了統計，具體見表2。2021 年各項力學性能檢測結果相比2020 年均有所提高，各項力學性能Cv 值較2020 年有所下降，批次穩定性提高，生產過程更加穩定。

表2 ?400mm 規格TA12A 棒材各項力學指標檢測結果

4 結論

（1）TA12A 在兩相區鍛造時采用石棉包覆工藝，能有效減少坯料表面溫降，避免坯料表面與砧子直接接觸，對減少坯料表面開裂具有顯著作用。通過采用石棉包覆工藝顯著提升了TA12A 鍛造成品率，平均鍛造成品率由原63.29%提升至71.45%，平均鍛造成品率提高約8.16%。

（2）TA12A 在兩相區鍛造時采用石棉包覆工藝，生產過程較未包覆石棉時更加穩定，產品批次穩定性提高。