减少TA12A 钛合金锻造过程表面开裂工艺研究

黄艳华，冯继才，彭 晖，樊 凯

（湖南金天钛业科技有限公司，湖南 常德 415000）

1 前言

TA12A 是一种近α 热强钛合金，主要用于制造航空发动机的压气机和风扇的盘件、叶片和机匣等零件[1-4]。其名义成分为Ti-5.5Al-3.5Sn-3.0Zr-0.7 Mo-0.3Si-0.4Nb-0.4Ta，所含合金元素种类较多，且含量较高，β 稳定元素含量低，工艺塑性差，尤其是在相变点（Tβ）以下锻造，锻造过程极易开裂，打磨损耗大，造成了很大的生产成本浪费，而且延长了生产周期。因此，开展减少TA12A 钛合金锻造过程开裂工艺研究，提高TA12A 钛合金锻造成品率，稳定生产过程，实现降本增效，非常有必要。

2 实验方法

通过现场观察与分析，TA12A 合金在相变点（Tβ）以下锻造过程中，坯料表面及端头均会出现不同程度的开裂，主要原因为表面及端头温降导致塑性变差，拔长时出现开裂问题。本实验目标产品为ø400mm 规格TA12A 大规格棒材，在两相区开展锻造实验，每火次锻造前采用石棉包覆，观察锻造过程及锻后表面开裂情况。通过多次实验后得出以后主要控制参数：石棉与坯料接触的一面需均匀涂覆一层玻璃粉；每火次加热出炉后，坯料包裹石棉的时间应控制在5min 以内，为防止石棉在锻造过程中掉落，需在锻前采用10mm～20mm 压下量压紧石棉。

3 实验结果及分析

公司2020 年生产了5 批TA12A 合金ø400mm规格棒材，未采用石棉包覆，2021 年采用本实验方法生产了8 批TA12A 合金ø400mm 规格棒材。2021 年的8 批产品除采用本实验方法石棉包覆外，其他锻造工艺与2020 年的5 批产品完全一致。2020 年TA12A 在两相区锻造过程中出现的典型开裂照片见图1，开裂严重，打磨难度大，成品率较低，5 批次产品锻造成品率平均值为63.29%，严重增加了公司的生产成本。

图1 2020 年TA12A 未包覆石棉锻造过程开裂典型照片

2021 年TA12A 采用本实验方法在两相区开展石棉包覆锻造的过程照片见图2，锻造后表面质量情况见图3。采用石棉包覆后，能有效减少坯料表面温降，避免坯料表面与砧子直接接触，减少了坯料与砧子间的摩擦，对于降低坯料表面开裂具有显著作用。

图2 2021 年TA12A 石棉包覆锻造的过程照片

图3 包覆石棉TA12A 锻坯锻后表面情况

公司2020 年生产的5 批TA12Aø400mm 棒材和2021 年生产的8 批次TA12Aø400mm 棒材的锻造成品率见表1，对比图见图4。从表1 的数据及图的对比图可以得出，通过采用石棉包覆工艺显著提升了TA12A 锻造成品率，平均锻造成品率由原63.29%提升至71.45%，平均成品率提升约8.16%。

图4 ø400mm 规格TA12A 棒材成品率对比图

表1 ø400mm 规格TA12A 棒材成品率统计

对公司2020 年生产的5 批TA12Aø400mm 棒材和2021 年生产的8 批次TA12Aø400mm 棒材的各项力学性能检测数据结果进行了统计，具体见表2。2021 年各项力学性能检测结果相比2020 年均有所提高，各项力学性能Cv 值较2020 年有所下降，批次稳定性提高，生产过程更加稳定。

表2 ø400mm 规格TA12A 棒材各项力学指标检测结果

4 结论

（1）TA12A 在两相区锻造时采用石棉包覆工艺，能有效减少坯料表面温降，避免坯料表面与砧子直接接触，对减少坯料表面开裂具有显著作用。通过采用石棉包覆工艺显著提升了TA12A 锻造成品率，平均锻造成品率由原63.29%提升至71.45%，平均锻造成品率提高约8.16%。

（2）TA12A 在两相区锻造时采用石棉包覆工艺，生产过程较未包覆石棉时更加稳定，产品批次稳定性提高。