航空钛合金叶轮用TC11钛合金小直径棒材研究成果

1、前言

TC11钛合金属于马氏体型a+β两相钛合金，其名义成分为6.5Al-3.5Mo-2Zr-0.2Si，相当于俄罗斯BT9.TC11是热强性最好的钛合金之一，广泛用作500℃下长时工作的航空发动机压气机盘、静转子叶片等重要零件。

格棒材，对性能、组织、探伤水平有很高的要求。标准对高倍组织的初生a含量有很高的控制要求，转子用于航空发动机压气机静转子叶片的TC11小规叶片用棒材初生a不低于过30%，静子叶片用棒材初生a不低于25%，长条a的尺寸长度也有很严格要求。

探伤则必须符合双探头超声波检验杂波水平不大于中0.8-9db。针对这些航空材料高指标要求，我们进行了一系列工艺研究工作，不断解决技术难题，经过数年的努力，生产出满足该技术要求的TC11棒材，并批量生产，其技术水平达到并超出相应技术要求。

2、TC11棒材工艺

2.1 铸锭的冶炼

Φ580mmTC11铸锭采用三次锭无接头的方法进行真空自耗冶炼，代替原来的焊接电极二次真空重熔方法，并适当完善封顶工艺，不仅达到了精炼效果，减少缩孔深度，同时使得成分更加均匀(如表1)。表1中后二炉为改进熔炼工艺冶炼的铸锭成分，可以明显看出熔炼工艺改进后，锭子头、尾部主要元素成分差异变化很小。

2.2 棒材的热加工

将2000t快锻机静压力变形和蒸汽锤动压力变形相结合，采用锻造与(a+B)锻造相结合的方式，再经两相区轧制，最终得到优质的小规格棒材。

锻造时金属沿着一定的加工方向流动，由于坯料各部位的受力方向和大小都是有差别的，尤其是靠近上下砧子受力面的地方金属流动受到限制，产生所谓的变形死区口。在钛合金热加工中也存在着同样的问题，由于变形死区变形量小，变形不充分，使得该区晶粒比周围晶粒粗大，引起组织的不均匀性，加大了超声波探伤中的干扰杂波，降低棒材的探伤水平。为了尽量避免这种现象，在TC11钛合金棒材的热加工中采用特定的操作方法，将可能存在的变形死区充分变形，使棒材的组织变得均匀。

整个锻造过程中，结合β区和α+β区多火次变形，进行一至二次均匀化处理。铸锭的原始树枝晶得到充分破碎，再经过(α+β)相区的充分变形，将初生α和一定数量的大块a均匀细化。

2.3 棒材的矫直和研磨

度要求，所以必须对棒材进行温矫。将棒材在箱式电阻加热炉加热至一定温度后在九辊矫直机矫直。

轧制出的棒材弯曲度达不到表面研磨处理的直将矫直后的棒材再进行砂剥，最终得到达到用户粗磨交货要求的成品棒。通过对一系列TC11小规格棒材的金相高低倍组织、双探头探伤波检验验证，组织级别与探伤水平都达到标准要求。

3、棒材研制试验结果

3.1 棒材的力学性能

5种不同规格TC11钛棒的力学性能数据表明，各项性能数据均超过技术条件的要求(见表2)。

3.2 组织状况3种规格棒材的金相低倍组织见图1~图3，金相组织评级见表3。

Table3 Macrostructure and microstructure of different diameter TCl1 alloybars

4、结论

1)成功研制并生产满足航空发动机叶片用的TC11小规格棒材，棒材符合技术条件要求

2)采用无接头三次真空自耗熔炼，使铸锭各处成分均匀。

3)Φ580mm铸锭锻造过程采用特殊操作法与特殊工艺路线相结合，使中间坯的内在组织均匀细化，表面质量有很大改善。最终成品棒材有优良的组织性能。

4)用九辊温矫法对TC11钛合金各小规格棒材进行矫直，解决了TC11钛合金小规格棒材平直度难以解决的一大难题。

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