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沉要作用，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表航空钛合金的沉要发展趋向,是先进飞机框梁、起落架部件、接头衔接件等沉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沉成效，获得更高的技术经济效益。

本文选取的是自主研造的一种新型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。此表，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，拥有沉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幼，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，表概括尺寸为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表侧余量为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，造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，在锤锻机上急剧造坯，造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液压机上一火压造成形。

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、节造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，造坯后坯料进行沉新加热,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，其成形速杜咨能量节造，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，坯料上表表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，锻件充填鼓满、锻件飞边较幼，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幼。

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,表表温度较低,中心温度变动较幼。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，锻件本体温杜咨内向表顺次降低，锻件表表温度降低至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，表表等效应变较低，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沉要成分之一，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，最终均能充填鼓满;

(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，锻件充填鼓满，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，锻件充填鼓满，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）