随着航空设备的急剧发展，，航空金属资料面对着轻质高机能、长命命和高环境适应性等火急需要。。钛合金作为近几十年发展的新型轻金属资料，，拥有比强度高、韧性好、危险容限高、耐蚀性好和优良的可焊接等个性，，在减轻飞机结构质量、提高结构效能、改善机体靠得住性方面阐扬了重要作用，，已成为先进飞机的重要结构资料之一[1-5]。。钛合金经历了从中低强度、中强度到高强度的发展过程，，高强韧钛合金成为国内外航空钛合金的重要发展趋向,是先进飞机框梁、起落架部件、接头衔接件等重要承力构件的梦想资料。。目前,Ti-1023、Ti-15-3、β-C、β-21S、BT22、TC21和Ti-5553等[6-10]拥有代表性的高强韧钛合金已成功获得宽泛利用。。然而，，上述高强钛合金利用于现实航空航天部件时，，并未突破1250 MPa的强度水平。。

近年来，，随着航空航天工业对轻量化的需要越来越火急，，有关钻研单元相继发展了1300 MPa级以及更高强度级此外超高强钛合金的钻研工作[11-15],以期进一步提高结构效能，，在保障安全、靠得住的基础上实现更大水平的减重成效，，获得更高的技术经济效益。。

本文选取的是自主研制的一种新型Ti-Al-Mo-V-Cr-Zr系多元强化亚稳β型超高强钛合金资料Ti-46531,其名义成分(质量分数)为:4%Al、5%Mo、6%V、3%Cr、1%Zr。。正确获取Ti-46531钛合金的物理参数是进行数值仿照钻研的前提，，因而，，通过试验测得了该资料分歧温度下的比热容、导热系数和线膨胀系数等关键参数，，如表1所示。。从表1中可知，，随着温度的提高，，资料的比热容变动不大，，但导热系数和线膨胀系数增长显著。。此外，，该资料的相转变点为820℃，，室温密度为4690kg·m-3，，泊松比为0.32。。

Ti-46531钛合金是一种新型Ti-Al-Mo-V-Cr-Zr系亚稳β型超高强钛合金，，拥有超高强度和优良的塑韧性，，可实现较好的强韧性匹配。。针对这种新型超高强钛合金，，发展了资料塑性变形行为及典型模锻件铸造工艺仿照钻研，，并进行试验验证，，拥有重要的工程化利用价值。。

表1 Ti-46531钛合金的物理机能参数

Table 1 Physical property parameters of Ti-46531 titanium alloy

在Gleeble-3800热仿照试验机上进行恒温、恒应变速度压缩试验，，通过试验获得Ti-46531钛合金基于温度、应变速度和变形量的本构模型。。β型钛合金通常在相变点以下20~50℃进行铸造，，应变速度领域为0.001~1.0s^-1，，因而，，热压缩试验温度取为720、750、780、810、840、870和900℃，，应变速度取为0.001、0.01、0.1和1.0s^-1。。

Ti-46531钛合金在分歧变形前提下测得的真应力-真应变曲线如图1所示。。从图1中可知，，流变应力随温度的升高而减小，，随应变速度的升高而增大;应变速度和变形温度对流变应力影响较大。。在统一应变速度前提下，，700℃时的流变应力为900℃时的2~3倍;在统一温度前提下,应变速度为1.0s  ?1时的流动应力为0.001s~1时的3~5倍。。Ti-46531钛合金流动应力对变形温度、应变速度的高度敏感性增长了锻件成形难度。。

2、铸造工艺规划

Ti-46531钛合金典型锻件结构如图2所示，，锻件质量为8.0kg，，外概括尺寸为447mm×117mm×74mm。。锻件呈高低对称结构，，对称面即为锻件概括最大投影面，，因而，，选择对称面作为锻件分模面;锻件左右两端环形结构外侧余量为5mm，，中央腹板余量为10.5mm，，其余部位余量为8mm;锻件拔模斜度为7°，，中央凹槽凹圆角为20mm、凸圆角半径为8mm，，其他部位凸圆角半径为5mm。。

凭据锻件结构和资料个性，，制订的铸造工艺规划如图3所示。。具体流程为:首先，，实现圆形棒料下料，，并对坯料两端进行倒角处置;而后，，在锤锻机上急剧制坯，，制坯实现后对荒坯进行打磨排伤;最后，，在8000t电动螺旋压力机或者5000t液压机上一火压抑成形。。

3、铸造仿照与分析

3.1仿照参数设置

电动螺旋压力机和液压机常用来成形难变形金属复杂锻件,两种成形设备在成形个性、节制方式和工艺适应性方面各有曲直。。为确定Ti-46531钛合金典型锻件的最优成形设备,选取宽泛利用于金属塑性成形领域的数值仿照技术,利用推算机仿照Ti-46531钛合金典型锻件在液压机、电动螺旋压力机上的成形过程，，对比分析锻件充填机能、应变场和温度场等各项技术参数,从而确定相宜的成形设备。。

铸造仿照参数设置如表2所示。。电动螺旋压力机和液压机的仿照参数设置根基一样，，制坯后坯料进行重新加热,坯料始锻温度为 780℃;模具预热温度为350℃,坯料与模具之间的摩擦因数为0.3。。液压机上模下压速度约为10mm·s^?1，，为预防坯料温度降低过快，，坯料通常选取保温资料包裹，，因而坯料与模具的热互换系数为1N·(s·mm·℃)^-1。。电动螺旋压力机成形时模具与坯料热互换系数为5N·(s·mm·℃)^-1，，其成形速度由能量节制，，具体活动参数设置见表3。。

表2铸造仿照参数设置

Table 2 Simulation parameter setting of forging

表3 电动螺旋压力机活动参数设置

Table 3 Movement parameter setting of electric screw press

3.2仿照了局分析

模锻件成形过程如图4所示，，图4a和图4b别离为液压机和电动螺旋压力机下短剑的成形过程。。由图4中可知，，坯料在模具中定位正确;随着上模向下活动，，坯料两端同时与模具接触，，坯料没有产生刚性移动，，成形过程不变;当上模持续向下活动，，坯料上理论与上模型腔逐步贴合，，锻件各部门险些同时成形，，此时飞边刚刚产生;当上模欠压2mm时，，锻件充填饱满、锻件飞边较小，，资料利用率较高。。综合分析锻件成形过程可知,锻件在液压机和电动螺旋压力机上的成形过程差距较小。。

模锻实现后锻件的温度散布如图5所示(图5中直线为截面地位,图5a和图5b别离为液压机和电动螺旋压力成形时锻件的温度散布)。。从图5可知，，锻件飞边处温度较高,理论温度较低,中心温度变动较小。。液压机成形时，，锻件最低温度为456℃最高温度为845℃，，电动螺旋压力机成形时，，锻件最低温度为 783℃,最高温度为  1090 °C。。对比两种设备成形时的锻件温度散布能够发现，，液压机成形时，，锻件本体温度由内向外顺次降低，，锻件理论温度降低至732℃以下，，锻件中心温度升高至796℃以上，，锻件本体温度重要集中在700~812℃之间，，温度散布档次显著;电动螺旋压力机成形时，，锻件温度分歧水平的升高，，锻件本体靠近飞边处，，温度升高至885℃以上，，锻件本体温度重要集中在780~840℃之间。。整体而言，，电动螺旋压力机上成形时，，锻件本体的温度散布越发均匀。。

模锻实现后锻件的等效应变散布如图6所示(图6中直线为截面地位)，，图6a和图6b别离为液压机和电动螺旋压力成形时锻件的等效应变散布。。从图6中可知，，液压机成形时，，锻件的最低等效应变为0.08，，最高档效应变为19.900;电动螺旋压力机成形时，，最低等效应变为0.12，，最高档效应变为9.070。。锻件飞边处等效应变较高，，理论等效应变较低，，中心区域等效应变为0.25~0.5。。电动螺旋压力机成形时，，等效应变场散布比液压机成形时越发均匀。。

下模温度散布如图7所示，，图7a和图7b别离为液压机和电动螺旋压力成形时的下模温度散布图。。从图7中可知，，液压机成形时，，下模的最低温度为349℃、最高温度为619℃;电动螺旋压力成形时，，下模的最低温度为349℃、最高温度为448℃。。从模具温度散布趋向来看，，液压机成形时，，下模型腔温度均有分歧水平的升高，，均匀升高约150℃;电动螺旋压力成形时，，下模型腔温度升高幅度不大，，仅型腔两端部门温度升高约100℃。。模具温度是影响其使用寿命的重要成分之一，，过高的模具温度会导致资料产生回火软化，，加快蠕变变形，，从而缩短其使用寿命。。因而能够揣摩，，选取电动螺旋压力机成形时，，模具温度相对较低，，有助于耽搁模具使用寿命。。

锻件的成形载荷如图8所示，，图8a和图8b别离为液压机和电动螺旋压力成形时锻件的载荷-功夫曲线。。由图8可知，，液压机成形时，，整个成形过程持续5.83s，，最终成形载荷为4.0x104kN，，电动螺旋压力机成形时，，整个成形过程持续0.16s，，最大成形载荷为6.1x104kN。。电动螺旋压力机成形功夫极短,但成形载荷较液压机高约50%。。

对比Ti-46531钛合金典型锻件在液压机、电动螺旋压力机上的成形过程能够发现:

(1)锻件充填过程险些一样，，最终均能充填饱满;

(2)电动螺旋压力机上成形时，，锻件温度场、等效应变场散布越发均匀;

(3)电动螺旋压力机上成形时,由于电动螺旋压力机成形速度较快,模具温升较低,因而模具使用寿命更长。Ｋ伎嫉揭陨铣煞，，选择8000t电动螺旋压力机作为Ti-46531钛合金锻件的铸造的试验设备。。

4、试验了局

典型锻件在8000t电动螺旋压力机上进行试验，，试验了局如图9所示。。由图9的实物锻件可知，，锻件充填饱满，，无折叠裂纹产生，，证了然仿照了局的有效性。。

5、结论

(1)通过试验获得了Ti-46531钛合金的比热容、导热系数、线膨胀系数等物理参数，，获得了Ti-46531钛合金基于温度、应变速度和变形量的本构模型。。

(2)设计了Ti-46531钛合金典型锻件及铸造工艺，，借助数值仿照分析技术对比分析了Ti-46531钛合金典型锻件在液压机、电动螺旋压力机上的成形过程，，确定了最优铸造设备为8000t电动螺旋压力机。。

(3)在8000t电动螺旋压力机上进行了终锻试验，，试验了局切合设计要求，，锻件充填饱满，，无折叠、裂纹等缺点。。

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（注，，原文标题：：
：Ti-46531钛合金及典型锻件铸造工艺仿照_刘运玺）