钛合金等温锻造工艺规范

钛合金等温锻造工艺规范

国家标准 GB/T38964一2020 钛合金等温锻造工艺规范 Isothermaltorgingtortitamium>-lloy一Ieehnologiealspeifieaton 2020-07-21发布 2021-02-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB/T38964一2020 次 目 前言 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 总则 5 要求 6 工艺过程
GB/38964一2020 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准由全国锻压标准化技术委员会(SAC/TC74)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、一拖(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、第一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
GB/38964一2020 钛合金等温锻造工艺规范 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 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/T2965钛及钛合金棒材 GB/T8541锻压术语 GB/T9452一2012热处理炉有效加热区测定方法 GB/T16598钛及钛合金饼和环 GB/T23605钛合金8转变温度测定方法 术语和定义 GB/T8541界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3. 钛合金u十卜锻造a十Bforgingoftitaniumalloy 钛合金在B转变温度(T)以下20C一5o C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 钛合金近目锻造nearBforgingoftitanium-aloy 钛合金在3转变温度(T)以下10C20C加热后进行锻造,通常获得初生a相含量为15% 30%的双态组织 3.3 钛合金准B锻造quasiBforgingoftitanium-alloy 钛合金在目转变温度(T)以下10C预热后随炉升温到目转变温度(T)以上30C,短时加热后进 行锻造,获得初生a相含量不大于15%的网篮组织或双态组织 3.4 钛合金目锻造ptrgngftitantualoy 钛合金在3转变温度(T)以上10C或更高温度下的月区加热后进行锻造,通常获得初生a相含量 不大于15%网篮组织或片状组织 3.5 nmaly 钛合金等温锻造 isothermalforgingoftitanium 钛合金模锻过程中,坯料温度保持恒定不变的锻造方法 一般情况下,模具温度为被锻造工件温度 的95%100%,压力保持时间通常为60s一900s
GB/T38964一2020 总则 4.1工艺流程 钛合金等温锻造一般的工艺流程如图1所示 模具预热 模具润滑 模具加热 坯料制备 坯料预热 坯料润滑 坯料加热 等温锻造 锻件和模具冷却 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 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 4.2.2 42.3分模面一般设置在锻件的最大轮廓处,以锻粗或压雇、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一端 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=mSR 02 式中 工作时液体压力,单位为牛顿(N); 变形条件系数， 毛坯体积系数， 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(mm') 变形温度下的屈服应力,单位为兆帕(MPa) Rp 注1;一般情况下变形条件系数(e)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) 毛坯体积 毛坯体积系数(m em 1.0 <25 25100 1.00.9 100<1000 0.90.8
GB/38964一2020 表1(续 毛坯体积 毛坯体积系数(m m 1000<5000 0,8<0.7 5000<10000 0.7~<0.6 10000<15000 0,6 0,5 15000~25000 0,.5<0.4 0.4 25000 4.3.2设备压力可结合计算结果和模拟结果确定 要求 5.1设备 5.1.1等温锻造设备 5.1.1.1等温锻造设备一般采用液压机 5.1.1.2水冷板(或设备滑块)应通人循环水对滑块和工作台降温 5.1.1.3设备一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 -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 5.1.2.1 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/T94522012中皿类及以上精度的要求 采用近日锻造或准日锻造时,加热炉一般采用I类及以上精度的电炉,允许采用类电炉,但加热区的 炉温均匀性应符合I类炉的规定 5.13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一定的密封性 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 一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
GB/T38964一2020 表2推荐模具材料及最高工作温度极限 单位为摄氏度 模具材料 最高工作温度极限 760 GH761 K403 930 N403 1050 J132 1050 5.2.2模具设计 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 5.2.2.1 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 原材料应符合GB/T2965,GB/T16598的要求,也可采用其他满足要求的材料,复验合格后方 5.3.1 可投产 5.3.2原材料表面应车光或磨光,并确保去除a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/T23605测定B转变温度,也可采用其他双方同意的方法进行测定 工艺过程 6 6.1坯料制备 6.1.1采用棒材或铸锭时应进行下料,下料一般采用车床、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锁拔等变形,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150mm,饼环坯外径不小于250mm 时,倒圆角半径应为5mm20mm;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火砖块,不锈钢或镍基合金支架上,坯料之间应有间
GB/38964一2020 隙,以保证均匀加热;一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,火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 单位为摄氏度 表3推荐的坯料加热温度 锻造工艺 a十8锻造 近月锻造 准日锻造 日锻造 Tp-(1020)升温 加热温度 T一(20~50 T一(10~20 T,十(10一60 T;十(10 30 表4推荐的坯料保温时间系数 a十3锻造和近日锻造 B锻造 准锻造 坯料厚度 或直径 最短保温时间系数最长保温时间系数最短保温时间系数最长保温时间系数 a十区 B区 mm mmin/mm min/mm min/mmm min/mm mmin/mmmin/mm 50 1.5l.l 3.5一2.4 1.30,9 3.0一2.4 50l00 2.4l.8 0.9一0.7 l1.8l.4 1.l一0.9 0.90.7 0.7~0. >l00一l50 l.8一l.4 0.7一0.6 l.4一1.2 0.5一0.l >150一200 0.70.6 1.41.2 0.60.5 1.21.0 >200 1.2 0,5 1.0 0.6 保温时间从仪表指示温度到达规定的加热温度时开始计算 6.3.4报警温度一般设置在加热温度以上10C,月锻造、准日锻造设置在加热温度以上5C 6.3.5坯料出炉转移进人模具的时间一般应不大于60s 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 人使用时的表面状态;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100一200C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，一般采用玻璃润滑剂
GB/T38964一2020 mm0.3 6.4.2.3润滑剂厚度宜为0.1 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模具加热一般采用多阶段加热，一般情况下模具的加热升温速率应不大于20C/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,一般情况下在0.01 mm/s0.5mm/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a十B锻造,由于坯料的加热温度一般在日相变点以下30C左右,为了防止下滑速 率过快导致坯料心部温升，一般选择较慢的变形速率 b 对于小规格的钛合金近日锻造、钛合金准B锻造、钛合金日锻造,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，一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a相的形成; 对于大规格的钛合金近月锻造、钛合金准锻造、钛合金月锻造,坏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a相,且由于变形快,没有足够的变形量进行破碎,在晶界上容易出现链状的a相 为了避免此组织的出现，一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20C/h,至600C保漏4h,然后断电降温至低于200C,方可拆 卸模具 6.5.3模具冷却后应去除润滑剂

钛合金等温锻造工艺规范GB/T38964-2020

钛合金具有密度低、强度高、耐腐蚀等优点，是航空航天和军工领域中不可或缺的材料之一。钛合金的制备工艺对其性能具有重要影响。

等温锻造是将钛合金坯料放入恒温器内预热到相变区（β相区），然后在恒温器内进行锻造，使得钛合金保持β相状态锻造成型而得名。此工艺能够减少晶粒长大和过度成分分布等不良现象，从而获得较好的机械性能。

根据GB/T38964-2020工艺规范，钛合金等温锻造的工艺参数应该根据原材料、设备、加工工艺和最终产品的要求进行选择。具体来说，工艺规范中包括了预热温度、等温温度、等温时间、变形量、变形速率、温度保持时间、温度上升速率等重要参数。

在钛合金等温锻造过程中，应该注意减少氧化、碳化、表面质量不佳等问题。工艺规范中还提出了相应的解决方案，如在恒温器内灌氮或使用真空条件下锻造。

总的来说，GB/T38964-2020工艺规范为钛合金等温锻造提供了指导，有助于生产企业掌握更加科学、规范的制造工艺，提高产品质量，满足市场需求。

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