TC25 钛合金锻造工艺研究

文／宗师，刘保亮，冯晓花·西安三角防务股份有限公司

TC25 钛合金是20 世纪70 年代初前苏联研制的一种热强钛合金，俄牌号是BT25，该合金的名义成分为：Ti-6.8Al-1.7Zr-2Sn-2Mo-0.7W-0.2Si， 属 于Ti-Al-Zr-Sn-Mo-W-Si 系 的 变形马氏体型α+β 两相钛合金。合金中含有钼、钨等高熔点的元素，热强性、耐热性很好，使用温度达到550℃，其使用寿命可达3000h，所以该合金主要被用于航空发动机高压压气机盘的制造。

基于某型号发动机高压压气机盘锻件的试制任务，开展TC25 钛合金锻造工艺研究。利用锻造工艺影响组织，而组织又与性能、探伤结果密切相关这一原理，通过选用不同的锻造工艺参数，研究了TC25钛合金锻件的显微组织、力学性能、探伤结果的变化规律，实现了TC25 合金锻造工艺参数的最优选取。

试验材料及方法

试验材料

试验材料采用西部超导材料科技有限公司生产的φ250mm 规格TC25 钛合金棒材，熔炼方式为真空自耗电弧炉三次熔炼。原材料经过入厂复验，各项指标满足标准要求。

试验方法

用锯床按工艺要求长度对棒材进行下料，随后在三种不同锻造加热温度参数下进行锻造，具体锻造工艺方案如下。

方案一：(Tβ-40)℃保温100min 后，升温至(Tβ+15)℃保温45min，出炉锻造。

方案二：(Tβ-40)℃保温100min 后，升温至(Tβ+20)℃保温45min，出炉锻造。

方案三：(Tβ-40)℃保温100min 后，升温至(Tβ+30)℃保温45min，出炉锻造。

三件TC25 钛合金棒材锻造完成后，按相同热处理制度进行双重退火。随后对三件锻件开展解剖试验分析，分别对其显微组织、力学性能、探伤水平进行测试。水浸探伤在以色列LS-200LP 型全自动超声波C 扫描设备上进行，显微组织检查在OLYMPUS/GX53型光学显微镜上进行，力学性能测试在美国INSTRON 5985 型电子万能材料试验机上进行。

试验结果及分析

锻造工艺参数对TC25钛合金锻件显微组织的影响

对三种锻造工艺所得到的TC25 钛合金锻件进行显微组织检测，得到的显微组织如图1 所示。

从图1 可以看出，TC25 钛合金在β 相变点上15℃锻造后的显微组织为含有少量初生等轴α 相的网篮组织，并且网篮比较短碎；在β 相变点上20℃锻造后的显微组织为典型的网篮组织，且内部编织情况比较理想；在β 相变点上30℃锻造后的显微组织同为网篮组织，但网篮编织不理想，α 片层较厚且呈平行排列。

图1 TC25 钛合金锻件不同锻造工艺下的显微组织

锻造工艺参数对TC25钛合金锻件探伤结果的影响

分别对三种锻造工艺所得到的TC25 钛合金锻件进行水浸探伤，得到的探伤结果如表1 所示。

从表1 可以看出，TC25 钛合金锻件的探伤结果，随着锻造温度的升高，噪声与底波损失逐渐升高，但差距不大，都符合锻件标准要求。

表1 TC25 钛合金锻件不同锻造工艺下的探伤结果

锻造工艺参数对TC25钛合金锻件力学性能的影响

三种锻造工艺所得到的TC25 钛合金锻件力学性能测试结果如表2 ～表4 所示。

通过对比表2 ～表4 的试验数据可以得出，采用β 相变点上20℃工艺方案锻造的TC25 钛合金锻件室温拉伸、高温拉伸、热稳定等综合性能最优。这主要是由于采用该工艺方案生产的锻件得到了理想的网篮组织，从而保证了锻件性能的最佳匹配；而其余两种工艺方案生产的锻件显微组织照片中网篮编织不理想，并存在网篮短碎、α 片层较厚且呈平行排列等问题，造成了其力学性能不佳的结果。

表2 TC25 钛合金锻件不同锻造工艺下的室温拉伸性能

表3 TC25 钛合金锻件不同锻造工艺下的高温拉伸性能

表4 TC25 钛合金锻件不同锻造工艺下的热稳定性能

结束语

采用β 相变点上20℃锻造的TC25 钛合金锻件显微组织为典型的网篮组织，且内部编织情况比较理想，室温拉伸、550℃高温拉伸、热稳定等性能均较好，采用该锻造工艺参数可生产出符合锻件标准且综合性能匹配最优的锻件。