目录
1 绪论 (2)
1.2 钛合金等温锻造技术的国内外现状和差距 (3) 1.2.1 国外等温锻技术的应用 (3)
1.2.2 国内等温锻技术的应用 (4)
1.3 钛合金产品及其性能组织简介 (4)
1.4 总结 (8)
2 等温锻造工艺分析及过程 (8)
2.1 钛合金（TC4）零件等温锻造的工艺性分析 (8)
2.2 钛合金等温锻造特点 (11)
2.3 工艺方案及参数的选择计算............................ 错误！未定义书签。
2.3.1 温度和应变速率..................................... 错误！未定义书签。
2.3.2 等温锻造变形力的计算及设备吨位的的选择............. 错误！未定义书签。
2.5 锻造过程中常见的缺陷和对策........................... 错误！未定义书签。
2.6 锻件的冷却方法....................................... 错误！未定义书签。 2.7 锻件的冷却规范...................................... 错误！未定义书签。
2.8 锻件的表面清理....................................... 错误！未定义书签。
3 等温锻造模具及加热炉设计 (13)
3.1 模具设计总体分析 (13)
3.1.1 模具结构分析 (13)
3.1.2模具制造 (14)
3.2 锻件及坏料的设计 (14)
3.2.2 制定零件锻件图 (14)
3.2.3 锻坯设计.......................................... 错误！未定义书签。
3.2.4 材料利用率的计算.................................. 错误！未定义书签。
3.3 上模、下模及模套的设计.............................. 错误！未定义书签。
3.3.1 模具材料的选择.................................... 错误！未定义书签。
3.3.2 上模及下模及模套的设计............................ 错误！未定义书签。
3.4 模具的固定.......................................... 错误！未定义书签。
3.5 模具润滑剂的选择.................................... 错误！未定义书签。
3.6 加热炉的设计........................................ 错误！未定义书签。结束
语 ..................................................................
32
参考文
献 (33)
致谢...................................................................
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1 绪论
在常规条件下，一些难难成型金属材料，如钛合金、铝合金、镁合金等，
等温锻造范围比较狭窄，尤其实在锻造具有薄的腹板、高肋和薄壁零件时毛坯的
温度很快的向模具散失，变形抗力迅速增加，塑性急剧降低，这不仅需要大幅度
提高设备吨位，也容易造成锻件的开裂，因此不得不增加机加工余量，降低了材
料的利用率，提高了制件的成本。70年代以来，出现了等温锻造技术，使锻件
直接做到近尺寸，大大降低了成本。另外传统的锻造方法不冶金质量不容易控制，
尤其是大锻体内部材质均匀性不容易控制，等温锻造就不存在这些问题。
1.1 什么是等温锻造
等温锻造(isothermal forging)是指把加热到稍高于锻造温度的坯料置入
具有一定温度的模腔中，并保证锻造时模具温度基本不变，使毛坯以低应变速率
变形的锻造方法。等温锻造具有如下优点：可显著提高金属材料的塑性；减小变形
金属内部由于变形不均匀而引起的组织性能的差异，降低锻造时的变形抗力，有
利于模膛的填充；材料利用率高；锻件具有均匀的力学性能，锻件尺寸稳定；可在
小型设备上实现较大锻件的成形，也使复杂锻件的精锻成形成为可能；压力机行
程速度要求低(一般选用液压机)，压力机吨位要求比常规锻造低；可使锻造过程
中坯料充分再结晶，防止由于不完全再结晶而在后续热处理过程中出现晶粒。
从等温锻造技术的研究与发展看，等温锻造可分为等温精密模锻、等温超塑性锻造、粉末坯等温锻造3类。采用等温锻造工艺能够生产出锻后不需机加工的净型锻件或是仅需少量2次加工的近净型锻件。该工艺技术主要用来制造钛合金或镍基合金机身或发动机部件，也用来制造钢传动齿轮或其它零件。钛合金等温锻造技术是一项新的工艺方法，该工艺结合热机械处理能获得综合力学性能最优化的钛合金等温锻件，但在模具材料、模具制造和模具加热装置等方面的成本投入比常规锻造方法要高，因而近年来大多用于制造航空航天工业中飞机的零部件。
等温锻造过程是一个非常复杂的金属塑性成形过程，其最佳锻造条件(主要是锻造温度和应变率)的选择并非易事。锻造温度越高、应变率越小，锻造载荷越小、合金微观组织均匀一致，但变形速度太慢，不利于批量生产，加热成本也高；锻造温度较低、应变率较大，则锻造载荷大大增加且易使模具产生裂纹等。所以合理选择最佳锻造条件，其锻造温度十分重要。在等温锻造过程中，模具与锻材要始终保持同一工作温度，这样模具就需要加热，而模具的加热温度、加热方式、加热装置以及模具温度场的实际状况等对等温锻造工件质量都有影响，必须正确地制定和设计。
1.2 钛合金等温锻造技术的国内外现状和差距
1.2.1 国外等温锻技术的应用
目前国际上比较流行的先进锻造工艺是等温锻造技术、粉末冶金技术和热等静压技术。钛合金等温锻
造工艺技术的研究始于20世纪60年代，现逐渐趋于成熟，在国外很早就有等温锻技术成功应用于制造 IMI834 钛合金压缩机盘、Ti-6Al-4V 钛合金叶片等零件的报道。德国 GKSS 研究中心成功开发了等温锻造加工近γ-TiAl 合金零件的技术。欧美、日本一些国家等温锻造硬件已很成熟，如温控器、常应变率控制器和微型计算机的反馈系统等。随着数值模拟和有限元技术的不断发展，许多研究者用它来研究等温锻造技术。利用有限元数值模拟，可方便的预测和控制等温锻过程中的温度分布、材料流变应力、应变、应变速率、模具应力变化等参数，可在锻造之前精确的预测锻件最终的组织和性能，这对于保证产品质量减少材料消耗、提高生产率及缩短产品开发周期等方面具有
显著的优越性。目前国际上比较流行的体积成形有限元软件有美国的 DEFORM、MARC/AutoForge 和法国的 FORGE3 等。
1.2.2 国内等温锻技术的应用
我国等温锻造技术的研究起步于 20 世纪 70 年代末期，研究的成形材料主要为铝合金和钛合金，目前也在探讨镍基合金及高温粉末坯的等温锻造成型工艺，经过30年的研究与实践，在等温锻方面取得了一定的成果，有许多成功的应用实例。上海五钢有限公司运用等温锻造技术生产出表面光洁、外形精确的TC11 钛合金收敛段、扩张段，TC4 钛合金翼芯、气瓶等航天精密优质锻件；中国南方航空发动机械公司等温锻造课题组采用等温锻造技术成功锻造出了压气机 1-2 级盘，支撑架、前轴承座、风扇
整流器内环、指针和摇臂等合格的锻件；贵航集团安大锻造公司历时数年、自行投资上千万元将大型钛合金、高温合金等温锻造/热模锻造研制工作作为公司重点科研项目，经过 2 年多的研制，成功地生产出了组织性能均匀、变形抗力小、工艺可控性好、成形性好、锻件的质量稳定性好的高温合金锻件。
1.3 钛合金产品及其性能组织简介
钛合金按组织可分三类.(1钛中加入铝和锡元素.2钛中加入铝铬钼钒等合金元素.3钛中加入铝和钒等元素.)钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好.另外：钛合金的工艺性能差，切削加工困难.在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质.还有抗磨性差，生产工艺复杂.
以钛为基加入其他元素组成的合金。钛的工业化生产是1948年开始的。航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约 8％的增长速度发展。目前世界钛合金加工材年产量已达4万余吨，钛合金牌号近30种。使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛（TA1、TA2和TA3）。
钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。
中国于1956年开始钛和钛合金研究；60年代中期开始钛材的工业化生产并研制成TB2合金。
钛合金与其他金属材料相比，有下列优点:
①比强度（抗拉强度／密度）高，抗拉强度可达100～140kgf/mm2，而密度仅为钢的60％。
②中温强度好，使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度，可在450～500℃的温度下长期工作。
③耐蚀性好，在大气中钛表面立即形成一层均匀致密的氧化膜，有抵抗多种介质侵蚀的能力。通常钛在氧化性和中性介质中具有良好的耐蚀性，在海水、湿和氯化物溶液中的耐蚀性能更为优异。但在还原性介质，如盐酸等溶液中，钛的耐蚀性能较差。
④低温性能好，间隙元素极低的钛合金，如TA7，在-253℃下还能保持一定的塑性。
⑤弹性模量低，热导率小，无铁磁性。
合金元素钛有两种同质异晶体:882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类:
①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素，有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。
②稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等。
③对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。
氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。氧和氮在α相中有较大的溶解度，对钛合金有显著强化效果，但却使塑性下降。通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15～0.2％和0.04～0.05％以下。氢在α相中溶解度很小，钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。通常钛合金中氢含量控制在 0.015％以下。氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。
钛合金根据相的组成可分为三类:α合金,(α+β)合金和β合金，中国分别以TA、TC、TB表示。
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