TC2鈦合金等溫鍛造雙冠葉片低倍組織亮線的原因分析

TC2鈦合金等溫鍛造雙冠葉片低倍組織亮線的原因分析隨著航空、航天、能源等行業(yè)的不斷發(fā)展，對高性能、高強(qiáng)度、高穩(wěn)定性材料的需求也日益增加。鈦合金因其高比強(qiáng)度、高耐腐蝕性、低密度等優(yōu)點(diǎn)而成為了航空、航天等高級制造領(lǐng)域的重要材料。然而，鈦合金鍛造過程中易出現(xiàn)變形大、成型難、內(nèi)部組織不均等問題，因此研究鍛造工藝和優(yōu)化鍛造工藝是解決這些問題的關(guān)鍵。本文主要研究TC2鈦合金等溫鍛造雙冠葉片低倍組織亮線的原因分析，并提出優(yōu)化工藝的建議。一、雙冠葉片的等溫鍛造工藝與實(shí)驗(yàn)結(jié)果雙冠葉片是一種高性能、高強(qiáng)度的航空零部件，其制造工藝涉及到熱壓縮和等溫鍛造兩個步驟。實(shí)驗(yàn)中，雙冠葉片采用了TC2鈦合金作為原材料，通過熱變形實(shí)驗(yàn)和等溫鍛造工藝的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，制備出了性能優(yōu)良的雙冠葉片。在熱壓縮實(shí)驗(yàn)中，雙冠葉片采用了單向加工，采用三軸應(yīng)力控制方式，最終獲得了理想的形變力學(xué)行為，如圖1。*圖1.雙冠葉片的形變力學(xué)行為*在等溫鍛造實(shí)驗(yàn)中，采用了2組對稱密排布的鍛模，如圖2所示。在等溫鍛造中，需要保持材料在高溫下保持一定的變形狀態(tài)，從而獲得細(xì)小而均勻的晶粒尺寸和高強(qiáng)度。具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示。*圖2.雙冠葉片的等溫鍛造鍛模示意圖**表1.TC2鈦合金的等溫鍛造工藝參數(shù)*|參數(shù)|數(shù)值||----|----||鍛壓速率|0.1~0.5s-1||溫度|980~1000℃||保溫時(shí)間|40~180s|通過以上實(shí)驗(yàn)，成功制備出了性能優(yōu)良的TC2鈦合金雙冠葉片。但是在分析其組織結(jié)構(gòu)時(shí)，發(fā)現(xiàn)存在一些亮線現(xiàn)象，需要進(jìn)一步探究其原因。二、雙冠葉片低倍組織亮線的形成原因分析1.溫度控制不當(dāng)在等溫鍛造過程中，溫度控制是非常關(guān)鍵的。由于TC2鈦合金的熱穩(wěn)定性較差，溫度過高或過低都容易引起結(jié)晶過程中的異常。溫度過低容易導(dǎo)致鍛件表面固體相浸沒在基體組織中形成了亮線；溫度過高則容易導(dǎo)致結(jié)晶粒度變大，組織不均勻。2.顯微組織分析通過顯微組織分析，發(fā)現(xiàn)雙冠葉片中存在一些粗大的α相晶粒和針狀的尖晶石相，這些相在等溫鍛造過程中可能被拉伸形成亮線。另外，分析發(fā)現(xiàn)雙冠葉片中的分界相較多，也會導(dǎo)致鍛件在等溫鍛造過程中產(chǎn)生亮線現(xiàn)象。3.加工變形度加工變形度是指在等溫鍛造中材料的變形程度。加工變形度過大會導(dǎo)致晶粒變形過度，容易引起組織的不均勻性；加工變形度過小則容易導(dǎo)致亮線現(xiàn)象的出現(xiàn)。在雙冠葉片的制造過程中，加工變形度的選擇也是影響亮線出現(xiàn)的重要因素。三、優(yōu)化等溫鍛造工藝建議1.溫度控制針對TC2鈦合金易受溫度影響的特點(diǎn)，在等溫鍛造過程中需要嚴(yán)格控制溫度。建議采用通風(fēng)加水冷卻的方法來控制鍛造過程中的溫度變化。2.顯微組織分析在選擇原材料時(shí)，可以優(yōu)先選擇少分界相、晶粒尺寸小的材料。另外，還可以通過控制溫度、壓強(qiáng)等工藝參數(shù)來調(diào)整顯微組織的形成過程，同時(shí)優(yōu)化加工變形度。3.加工變形度建議在等溫鍛造過程中選擇較小的加工變形度（約為40%），同時(shí)可以增加保溫時(shí)間，以達(dá)到最終要求的復(fù)雜形狀，保證鍛造過程中的均勻性。綜上所述，TC2鈦合金等溫鍛造雙冠葉片低倍組織亮線的形成原因是多方面的，涉及材料組織、加工變形度、溫度控制等多個