GB/T 38964-2020 钛合金等温锻造 工艺规范

　　ICS 77 . 120 . 50 J 32

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 38964—2020

　　钛合金等温锻造 工艺规范

　　Isothermalforgingfortitanium-alloy—Technologicalspecification

　　2020-07-21 发布 2021-02-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 38964—2020

　　GB/T 38964—2020

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本标准由全国锻压标准化技术委员会(SAC/TC 74)提出并归口 。

　　本标准起草单位：贵州安大航空锻造有限责任公司、___拖(洛阳)铸锻有限公司、北京机电研究所有限公司、湖北三环锻造有限公司、武汉理工大学、第__拖拉机股份有限公司。

　　本标准主要起草人：陈祖祥、陈明、王云飞、魏巍、金红、张运军、华林、王龙祥、于宜洛、周林、王国文、钱东升、阮艳静、秦思晓、余国林、刘艳雄、李生仕。

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　　钛合金等温锻造 工艺规范

　　1 范围

　　本标准规定了钛合金等温锻件(以下简称“锻件”)的工艺规范，包括总则、要求、工艺过程。

　　本标准适用于钛合金等温锻造工艺的制定。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 2965 钛及钛合金棒材

　　GB/T 8541 锻压术语

　　GB/T 9452—2012 热处理炉有效加热区测定方法

　　GB/T 16598 钛及钛合金饼和环

　　GB/T 23605 钛合金 β转变温度测定方法

　　3 术语和定义

　　GB/T 8541 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　钛合金 α+β锻造 α+βforgingoftitanium-alloy

　　钛合金在 β转变温度(Tβ) 以下 20 ℃ ~50 ℃加热后进行锻造，即常规两相区锻造，获得双态组织或等轴组织。

　　3.2

　　钛合金近 β锻造 nearβ forgingoftitanium-alloy

　　钛合金在 β转变温度(Tβ) 以下 10 ℃ ~ 20 ℃加热后进行锻造，通常获得初生 α 相含量为 15% ~ 30%的双态组织。

　　3.3

　　钛合金准 β锻造 quasiβ forgingoftitanium-alloy

　　钛合金在 β转变温度(Tβ) 以下 10 ℃预热后随炉升温到 β转变温度(Tβ) 以上 30 ℃ ,短时加热后进行锻造，获得初生 α相含量不大于 15%的网篮组织或双态组织。

　　3.4

　　钛合金 β锻造 β forgingoftitanium-alloy

　　钛合金在 β转变温度(Tβ) 以上 10 ℃或更高温度下的 β 区加热后进行锻造，通常获得初生 α相含量不大于 15%网篮组织或片状组织。

　　3.5

　　钛合金等温锻造 isothermalforgingoftitanium-alloy

　　钛合金模锻过程中，坯料温度保持恒定不变的锻造方法。 __般情况下，模具温度为被锻造工件温度

　　的 95%~100%,压力保持时间通常为 60 s~900 s。

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　　4 总则

　　4 . 1 工艺流程

　　钛合金等温锻造__般的工艺流程如图 1 所示。

　　图 1 钛合金等温锻造工艺流程

　　4 . 2 锻件设计

　　4 . 2 . 1 锻件设计时应考虑锻件出模、成形难易程度、坯料定位等情况，同时还应考虑变形量对锻件组织的影响。 与热模锻相比，锻件的余量和公差、圆角半径、模锻斜度均可减小。

　　4 . 2 . 2 锻件设计时宜采用数字模拟技术对变形量、温度变化、应力分布等进行优化。

　　4 . 2 . 3 分模面__般设置在锻件的最大轮廓处，以镦粗或压扁、挤压方式充填。 为了防止锻件无法从模具中取出，通常将锻件不利于出模、质量大的部分放在有顶出装置的__端。

　　4 . 3 设备压力计算

　　4 . 3 . 1 锻造设备的工作液体压力可根据式(1)进行计算：

　　F=义mSRp0.2 …………………………( 1 )

　　式中：

　　F — 工作时液体压力，单位为牛顿(N) ;

　　义 —变形条件系数;

　　m —毛坯体积系数;

　　S —毛坯在垂直于变形力方向的平面的投影面积，单位为平方毫米(mm2 ) ;

　　Rp0.2 —变形温度下的屈服应力，单位为兆帕(MPa) 。

　　注 1 ：__般情况下变形条件系数(义)可选择 1 . 5 。

　　注 2：毛坯体积系数(m)选择可按表 1 进行。

　　表 1 毛坯体积系数(m)

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　　表 1(续)

　　4 . 3 . 2 设备压力可结合计算结果和模拟结果确定。

　　5 要求

　　5 . 1 设备

　　5 . 1 . 1 等温锻造设备

　　5 . 1 . 1 . 1 等温锻造设备__般采用液压机。

　　5 . 1 . 1 . 2 水冷板(或设备滑块)应通入循环水对滑块和工作台降温。

　　5 . 1 . 1 . 3 设备__般应有计算机辅助操作系统，滑块具备无级调速的能力，能够满足钛合金等温锻造工艺参数需要，还应有顶出装置。

　　5 . 1 . 2 坯料加热炉

　　5 . 1 . 2 . 1 __般采用电阻炉加热，制坯时也可采用感应炉、弱氧化性的燃气炉、真空炉或其他适宜的设备加热。

　　5 . 1 . 2 . 2 加热设备应定期进行校检，并具有温度自动调节、记录和报警的控制装置，加热炉的有效工作区应用视图或数字标出，有效工作区的温度容差应符合 GB/T 9452—2012 中 Ⅲ类及以上精度的要求。采用近 β锻造或准 β锻造时，加热炉__般采用 Ⅱ类及以上精度的电炉，允许采用 Ⅲ类电炉，但加热区的炉温均匀性应符合 Ⅱ类炉的规定。

　　5 . 1 . 3 模具加热装置

　　为了保证钛合金锻造温度的需求，模具加热装置应有温控功能，随时监控模具表面温度，并通过加热炉炉丝通电/断电控制模具表面温度。 模具加热装置应具备__定的密封性。

　　5 . 2 模具工装

　　5 . 2 . 1 模具材料

　　模具材料在高温下应有足够的强度和硬度。 __般情况下采用高温合金制造。 推荐的模具材料及最高工作温度极限见表 2 。

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　　表 2 推荐模具材料及最高工作温度极限 单位为摄氏度

　　5 . 2 . 2 模具设计

　　5 . 2 . 2 . 1 根据锻件形状、大小等因素，模具设计可采用整体结构，也可以采用组合式的结构。

　　5 . 2 . 2 . 2 根据不同部位的受热、受力情况，模架各个部位可采用不同材料制造。

　　5 . 2 . 2 . 3 模架设计时应留有模具加热装置的安装位置。

　　5 . 3 原材料

　　5 . 3 . 1 原材料应符合 GB/T 2965、GB/T 16598 的要求，也可采用其他满足要求的材料，复验合格后方可投产。

　　5 . 3 . 2 原材料表面应车光或磨光，并确保去除 α 硬化层。 采用铸锭作为钛合金等温锻造坯料时应先进行改锻，保证坯料获得良好的组织和性能。

　　5.3.3 每炉批原材料应按 GB/T 23605 测定 β转变温度，也可采用其他双方同意的方法进行测定。

　　6 工艺过程

　　6 . 1 坯料制备

　　6 . 1 . 1 采用棒材或铸锭时应进行下料，下料__般采用车床、锯床或线切割。 采用线切割下料时，应去除热影响区。

　　6 . 1 . 2 可采用棒材或铸锭经过反复镦拔等变形，获得满足等温锻造的组织和性能的坯料，也可直接采购满足要求的坯料。

　　6 . 1 . 3 坯料表面不应有裂纹、折叠、麻坑及其他冶金缺陷。 缺陷应采用打磨法清除干净，并应圆滑过渡，清理的宽度与深度之比应不小于 10 。

　　6. 1 .4 坯料不应存在尖锐的边角、毛刺、连皮等。 有效厚度不小于 150 mm、饼环坯外径不小于 φ250 mm时，倒圆角半径应为 5 mm~20 mm;其他情况下的倒圆角半径可根据实际情况确定。

　　6 . 1 . 5 坯料结构应保证锻件成形，并获得良好的组织和性能，必要时可对坯料等温锻造成形过程进行模拟，对锻造缺陷和坯料各个部位的变形量有充分的了解，根据模拟结果，优化坯料的尺寸和结构。

　　6 . 1 . 6 坯料制备时应按 6 . 3 . 1 控制加热。

　　6 . 1 . 7 坯料制备时应控制变形速度，不应出现十字亮线。

　　6 . 1 . 8 必要时应对坯料进行腐蚀，检查材料组织和冶金质量。

　　6 . 2 装炉

　　6 . 2 . 1 装炉前应清除炉底上的氧化皮和其他残渣。

　　6 . 2 . 2 坯料应在炉子温度达到工艺规定的加热温度后装炉。

　　6 . 2 . 3 坯料宜放置在加热炉的有效工作区内的耐*砖块、不锈钢或镍基合金支架上，坯料之间应有间

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　　隙，以保证均匀加热;___般情况下坯料应平装(轴线平行于炉底面);当坯料高度与直径之比不大于 1 时，可立装(轴线垂直于炉底面)。

　　6 . 3 加热

　　6 . 3 . 1 坯料制备阶段可采用电阻炉或天然气炉加热。 采用天然气炉加热时，*焰不应与坯料直接接触 。炉内气氛应保持中性或弱氧化气氛，避免产生表面硬化层。 不应使用吸热式、放热式加热炉，炉内气氛不应是氢气或氨裂解后形成的加热气氛，避免产生氢脆。

　　6 . 3 . 2 等温锻造阶段应采用电阻炉加热。

　　6 . 3 . 3 推荐的坯料加热温度和保温时间系数见表 3 和表 4 。

　　表 3 推荐的坯料加热温度 单位为摄氏度

　　表 4 推荐的坯料保温时间系数

　　6.3.4 报警温度__般设置在加热温度以上 10 ℃,β锻造、准 β锻造设置在加热温度以上 5 ℃ 。

　　6 . 3 . 5 坯料出炉转移进入模具的时间__般应不大于 60 s。

　　6 . 4 等温锻造

　　6 . 4 . 1 前期检查及准备

　　6 . 4 . 1 . 1 应对模具加热装置进行检查，确保生产时加热状态良好。

　　6 . 4 . 1 . 2 首次生产的锻件应记录坯料质量、计算锻件的欠压量、估算吨位、计算零点设置等，记录模具投入使用时的表面状态;非首次生产的锻件，应查阅上批次锻件的生产记录，确认锻造过程中压力、零点、压下过程参数、锻件出模时间、锻件充形是否存在异常。

　　6 . 4 . 2 坯料及模具润滑

　　6 . 4 . 2 . 1 坯料和模具应加热到 100 ℃ ~200 ℃时喷涂润滑剂，预热温度不宜过高，避免润滑剂起泡导致润滑不均匀、失效等。

　　6 . 4 . 2 . 2 润滑剂不可与坯料和模具产生化学反应，___般采用玻璃润滑剂。

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　　6.4.2.3 润滑剂厚度宜为 0.1 mm~0.3 mm。

　　6 . 4 . 3 模具安装及加热

　　6 . 4 . 3 . 1 模具安装后，应进行冷态闭合检查，记录冷态闭合位置，以确定锻造冷态的零点位置，为锻造零点设置提供依据，并检查模具安装是否到位。

　　6 . 4 . 3 . 2 模具加热__般采用多阶段加热，___般情况下模具的加热升温速率应不大于 20 ℃/h,每个台阶的温差应不超过 200 ℃ 。加热过程中应对模具温度进行监控。

　　6 . 4 . 4 滑块速率设置

　　滑块速率设置应根据材料成形组织要求确定，___般情况下在 0 . 01 mm/s~0 . 5 mm/s,具体按产品制造工艺规范执行，确定原则如下：

　　a) 对于钛合金 α+β锻造，由于坯料的加热温度__般在 β相变点以下 30 ℃左右，为了防止下滑速率过快导致坯料心部温升，___般选择较慢的变形速率;

　　b ) 对于小规格的钛合金近 β锻造、钛合金准 β 锻造、钛合金 β 锻造，坯料变形过程对温度上升不敏感，为了获得良好的网篮组织，防止坯料在两相区进行再结晶，___般选用较快的变形速率，使坯料组织迅速转变为网篮组织，可以减少再结晶 α相的形成;

　　c) 对于大规格的钛合金近 β锻造、钛合金准 β 锻造、钛合金 β 锻造，坯料变形过程中的内部热量很难散发出来，导致内部容易发生温升，坯料在单相区完成变形，因此在跨越相变点时，容易产生再结晶 α相，且由于变形快，没有足够的变形量进行破碎，在 β 晶界上容易出现链状的 α 相 ，为了避免此组织的出现，___般采用较慢的变形速度。

　　6 . 5 冷却

　　6 . 5 . 1 锻件冷却方式可采用空冷、水冷或其他满足组织要求的冷却方式。

　　6 . 5 . 2 模具应进行缓冷，冷速不大于 20 ℃/h,至 600 ℃保温 4 h,然后断电降温至低于 200 ℃ ,方可拆卸模具。

　　6 . 5 . 3 模具冷却后应去除润滑剂。