钛合金由于拥有耐侵蚀性好、
、耐高温、
、比强度高档一系列利益，，宽泛利用于航空航天领域，，是现代飞机和发起机的重要结构资料之一，，重要用于制作航空发起机中的重要零部件和飞机机体结构件[1-3]。为了满足新型飞机和先进航空发起机的设计需要，，世界列国竞相研制工作温度可达600℃及以上的高温钛合金。目前，，国外投入使用的典型高温钛合金有美国的Ti–1100合金、
、英国的IMI834合金以及俄罗斯的BT36和BT41合金等，，国内科研院地点600℃高温钛合金方面发展了大量钻研[4-7]，，自主研发的高温钛合金有Ti–55、
、Ti60、
、Ti600、
、Ti150等[8-11]。

Ti150合金离心叶轮锻件研制过程中存在组织机能不均匀、
、锻件力学机能离散性较大等问题，，严重制约了资料的利用，，降低了发起机的安全靠得住性。锻件的显微组织、
、机能不均匀不仅与等温铸造工艺有关，，还与原资料组织均匀性有关，，若原资料组织不均匀及工艺设计不合理，，不均匀组织保留至锻件中，，会进一步影响锻件的质量不变性。文中针对自主研发的Ti150合金离心叶轮锻件研制过程中存在的问题，，钻研了Ti150合金棒材改锻（反复镦拔）工艺对组织、
、机能的影响，，以期为该合金锻件研制出产提供借鉴。

1、
、原工艺分析

原资料来自宝钛集团有限公司出产的Φ230mm规格Ti150合金棒材，，用于制作棒材的铸锭选取真空自耗电弧炉熔炼3次，，最后1次熔炼不变阶段的压力不大于5Pa。棒材化学成分如表1所示。利用金相法测得该合金的α+β/β转变温度为1042℃。原资料低倍组织为：：：，，如图1所示，，高倍组织的等轴初生α球化不显著，，再结晶不充分，，初生α相为长条状，，体积分数约为80%，，如图2所示。

表1Ti150合金棒材的化学成分

Tab.1ChemicalcomponentsofTi150alloybar（wt.%）

Ti150合金离心叶轮锻件图以及取样地位如图3所示，，锻件外径最大尺寸为377mm，，高度为128mm，，未注公差为±1mm，，拔模斜度为7°，，其余未注圆角半径为5mm。

锻件原工艺如下：：：棒材下料（Φ230mm×180mm）→两端机加倒角R20mm→等温模锻（坯料加热温度1002℃，，终锻温度≥850℃，，模具加热温度900℃，，铸造速度3~0.1mm/s）→锻件心部机加Φ38mm通孔→热处置（1017℃×4h固溶后油冷，，700℃×3h时效后空冷）→粗加工→超声波探伤→组织机能测试。

锻件低倍组织如图4a所示，，高倍金相组织如图4b所示，，由图4可知，，锻件低倍未见缺点及清澈晶，，出现花腔纹特点，，流线根基沿外廓散布，，部门变形强烈，，这种特点容易带来机能上的差距。高倍金相显微组织为典型双态组织，，初生α体积分数约15%，，如图4b所示。锻件按HB/Z37[12]要求，，选取水浸法超声波探伤，，当量平底孔为Φ0.8mm，，锻件检测了局未见单显，，其探伤杂波水平为Φ0.8mm–(?12dB)（即选取Φ0.8mm的平底孔进行超声波探伤，，杂波噪音分贝为-12dB），，低波损失≤6dB。

统计学中用变异系数δ?CV?暗示一组有关数据的离散水平[13]，，文中通过对锻件分歧地位的力学机能进行统计，，分析锻件机能指标δ?CV?值，，各地位机能指标如表2所示。目前航空类锻件科研课题要求锻件机能指标δ?CV?值均小于3%，，由表2可知，，图3中的1#、
、2#、
、3#、
、4#地位伸长率、
、断面收缩率指标的变异系数δ?CV?不切合要求，，别的1#地位抗拉强度富足量仅有5MPa；；；Ti150合金离心叶轮锻件抗拉强度、
、屈服强度指标的变异系数δ?CV?值小于3%，，伸长率指标的δ?CV?值为5.18%，，断面收缩率指标的δ?CV?值高达8.51%，，锻件力学机能的均匀性需提升。

表2各地位机能指标

Tab.2Performanceindexofeachlocation

选取三维制图软件成立了坯料及模拥有限元模型，，如图5所示，，并通过Deform数值仿照软件对坯料成形进行数值仿照分析。将坯料视为塑性资料，，模具视为刚性资料，，选取四边形单元对坯料进行网格划分，，仿照有关参数如下：：：坯料温度为1002℃，，模具加热温度为900℃，，坯料网格数为30000，，剪切摩擦因数为0.3，，热互换系数为5kW/(m??K)，，铸造速度从3mm/s逐步减小至0.1mm/s，，锻件最终应变散布如图6所示。由图6可知，，锻件应变散布不均匀，，锻件上端及下端面变形较小，，应变在0.2左右，，而心部及外侧区域应变为0.67~1.3，，变形不均匀且存在小应变区域，，达不到再结晶的前提，，导致原资料低倍不均匀的组织保留到锻件中，，从而使锻件分歧区域的机能测试了局差距较大。

由于Ti150合金锻件部门区域在模锻成形过程中变形量较小，，晶粒不容易破碎产生再结晶，，因而保留了原资料微织构，，如图7中的白色椭圆区域（电子背散射衍射EBSD测试取样地位为图3中的5#地位）所示，，这类织构类型属于显微组织的择优取向。

2、
、工艺优化

相变、
、再结晶和热变形等成分会影响钛合金织构的形成和演变[14]，，而钛合金织构会使部门趋于单晶个性，，使锻件在断裂韧性、
、塑性等机能方面阐发出各向异性，，单一类型织构处易萌生裂纹，，导致锻件提前失效，，因而锻件铸造工艺必须思考织构的存在和解除步骤。文中锻件的显微组织择优取向织构可通过改锻增大变形方式改善，，从而获得均匀藐小、
、晶粒取向混乱的等轴组织。大量文件资料批注[15-18]，，晶粒细化重要产生在棒材开坯和改锻过程，，可通过对温度和变形量进行节制，，从而影响合金的静态和动态再结晶过程。为了改善锻件组织均匀性并解除锻件中的微织构，，需对棒材进行多个方向镦拔，，增大变形量，，提高变形畸变能，，达到动态再结晶细化晶粒的主张。

优化后的铸造工艺如下：：：下料（Φ230mm×185mm）→端面机加倒角R20mm→棒材改锻〔加热温度1002℃，，进行拔长、
、倒棱、
、平头并滚圆至直径Φ(170±5)mm×(335±15)mm，，后再镦粗至坯料高度H=185mm，，终锻温度≥850℃，，反复上述工序3次，，最后进行整形〕→中央坯机加（Φ210mm×195mm）→等温模锻（坯料加热温度1002℃，，终锻温度≥850℃，，模具加热温度900℃，，铸造速度3~0.1mm/s）→锻件心部机加直径Φ(38±1)mm的通孔→热处置（1017℃×4h固溶后油冷，，700℃×3h时效后空冷）→机加工→超声波探伤→组织机能测试。

棒材在两相区经过3次反复镦拔改锻后，，经金相检测，，其低倍、
、高倍组织照片如图8a和8b所示，，低倍为：：：，，高倍组织等轴初生α相球化较好，，再结晶充分，，初生α体积分数约40%。

选取优化工艺出产的Ti150离心叶轮盘锻件实物如图9所示，，低倍测试了局如图10所示，，图3中取样地位1#、
、4#、
、5#区域的高倍组织照片如图11所示，，对应的电子背散射衍射EBSD晶粒取向散布如图12所示。图3中取样地位1#、
、2#、
、3#、
、4#区域的室温力学机能测试、
、600℃高温力学机能测试了局别离见表3-4。图10-12批注，，通过反复镦拔的改锻方式，，能够有效解除原资猜中的微织构，，使锻件低倍组织均匀，，分歧区域高倍组织初生α相的体积分数均节制在15%左右。

由表3可知，，锻件室温拉伸的抗拉强度、
、屈服强度、
、伸长率及断面收缩率等指标的变异系数δ?CV?值别离为1.13%、
、0.68%、
、2.91%、
、2.51%。与优化前相比，，变异系数δ?CV?值大幅度降低，，Ti150钛合金离心叶轮锻件分歧部位机能差距大及1#区域强度富足量偏低的问题得到了改善。

选取优化工艺出产的Ti150合金离心叶轮锻件，，按HB/Z37要求，，选取水浸法进行超声波探伤，，当量平底孔选用Φ0.8mm时，，锻件检测了局未见单显，，其探伤杂波水平为0.8mm-(?21dB)，，低波损失≤6dB，，与工艺优化前相比，，杂波降低了9dB。杂波水平的凹凸与资料显微组织亲昵有关，，杂波是组织不均匀的反映[19]，，由此可知，，Ti150合金原资料改锻对锻件组织均匀性有较大的改善作用。

表3室温拉伸机能

Tab.3Tensilepropertyatroomtemperature

表4600℃高温拉伸机能

Tab.4Tensilepropertyat600℃hightemperature

3、
、结论

选取两相区改锻（反复镦拔）+等温锻规划出产的Ti150钛合金离心叶轮锻件力学机能优异，，各部位力学机能均满足要求，，且室温拉伸机能、
、高温拉伸机能均拥有较大的阔气量，，锻件分歧区域的抗拉强度、
、屈服强度、
、伸长率及断面收缩率等指标的变异系数δ?CV?值均小于3%。

改锻（反复镦拔）有利于解除Ti150钛合金原资猜中的微织构，，可改善锻件组织均匀性，，达到降低探伤杂波的主张。

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（注，，原文标题：：：Ti150合金离心叶轮锻件工艺优化）