一、鈦及鈦合金的精鍛

鈦及鈦合金棒材生產(chǎn)也常使用徑向鍛造機(jī)--精鍛機(jī)鍛造。精鍛機(jī)生產(chǎn)棒材具有生產(chǎn)效率高、尺寸精確、表面質(zhì)量好、材料利用率高等特點(diǎn)。

1.精鍛工藝特點(diǎn)

①錘頭鍛打頻率高，每分鐘可達(dá)數(shù)百次甚至上千次。這種加載方式降低了金屬和工具之間的摩擦因數(shù)，鍛件表面光滑，內(nèi)部變形均勻。

②錘頭鍛打時(shí)，每一沖程行程小，變形量小，與金屬接觸面小，可以大大減小變形力及變形功，能降低設(shè)備的噸位和提高工具的使用壽命。

③ 錘頭的行程可以任意調(diào)節(jié)，錘頭的型面對(duì)工藝尺寸適應(yīng)較大，不必更換錘頭可以生產(chǎn)一定尺寸范圍的鍛棒。

④ 鍛造時(shí)，四個(gè)錘頭的行程保持不變，所以尺寸精度高。

⑤ 可根據(jù)壞料在變形過(guò)程中溫度的變化，調(diào)整送進(jìn)量。

⑥依靠四個(gè)帶有凹槽的錘頭壓縮金屬，金屬只能軸向延伸，所以不會(huì)產(chǎn)生周向棱角和裂紋，這與自由鍛時(shí)的平砧壓縮不同。

⑦鍛打時(shí)將產(chǎn)生很高的三向壓縮應(yīng)力，可使金屬的塑性提高2~3倍，能獲得很高的道次鍛比。

⑧當(dāng)進(jìn)料速度及道次壓下最很大時(shí)，將在坯料內(nèi)部產(chǎn)生很高的熱效應(yīng)，使變形溫度升高，如TC11合金的溫升可達(dá)90℃，過(guò)高的溫升會(huì)使棒材組織粗化。

1. 精鍛工藝過(guò)程

精鍛時(shí)的主要工序是拔長(zhǎng)，在鍛造過(guò)程中，坯料與錘頭既有相對(duì)的軸向移動(dòng)，又有相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以生產(chǎn)圓棒、扁棒、方棒和空心棒材。當(dāng)坯料一面轉(zhuǎn)動(dòng)，一面軸向移動(dòng)時(shí)，可生產(chǎn)圓截面的鍛棒，如圓棒、階梯棒及錐形棒;當(dāng)坯料只做軸向移動(dòng)而不進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可生產(chǎn)方棒、扁棒等。

用芯棒精鍛空心坯料，可以生產(chǎn)空心棒材。芯棒鍛造有長(zhǎng)芯棒鍛造和短芯棒鍛造兩種。芯棒工作部分比空心坯料長(zhǎng)度略長(zhǎng)時(shí)，稱長(zhǎng)芯棒鍛造，可生產(chǎn)階梯形或錐形棒；當(dāng)芯棒工作部分比錘頭工作部分略長(zhǎng)時(shí)，稱短芯棒鍛造，用于鍛造內(nèi)孔尺寸均一的管材。

二、鈦及鈦臺(tái)金的軋環(huán)

鈦及鈦合金環(huán)材在鍛造制環(huán)坯后，往往也采用碾環(huán)機(jī)進(jìn)行環(huán)材軋制，以進(jìn)一步擴(kuò)徑和減壁，雖不屬于鍛造范鵬，但與鍛造結(jié)合很緊密，故把它放在鍛造一章。環(huán)軋主要用于生產(chǎn)軸承環(huán)、回轉(zhuǎn)支承環(huán)件、齒圈、輪箍、法蘭等。適用于鈦合金、碳鋼、合金鋼、不銹鋼等。碾環(huán)有以下特點(diǎn)。

（1）優(yōu)點(diǎn)

①采用CNC控制技術(shù)，軋制過(guò)程中對(duì)軋制力和鍛件的尺寸進(jìn)行控制，軋制過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，勞動(dòng)條件好。

② 所需的設(shè)備噸位小。

③ 碾制環(huán)形件精度高、效率快，省工、省料，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

④內(nèi)在質(zhì)量?jī)?yōu)良，軋環(huán)變形是徑向壓縮，周向延伸，環(huán)件金屬纖維沿圓周連續(xù)排列，往往與環(huán)件使用中的受力和磨損相適應(yīng)，所以軋環(huán)產(chǎn)品的強(qiáng)度高又耐磨，內(nèi)在質(zhì)量?jī)?yōu)。

常見(jiàn)缺點(diǎn)

① 產(chǎn)生橢圓度。

②軋環(huán)后環(huán)材的棱角(或圓角)不充滿。

③內(nèi)外徑易產(chǎn)生錐度，

① 端面有凹坑現(xiàn)象等。

1.碾環(huán)機(jī)的構(gòu)造

生產(chǎn)中常用的碾環(huán)機(jī)有徑向碾環(huán)機(jī)和徑-軸向碾環(huán)機(jī)。鈦及鈦合金軋環(huán)常采用徑-軸向碾環(huán)機(jī)。該設(shè)備一般由主輥、芯輥、錐輥、托盤及輔助部分構(gòu)成。

2. 軋環(huán)工藝

3. 組環(huán)的簡(jiǎn)明工藝為：鑄錠→加熱一鍛造→下料→加熱→沖孔一擴(kuò)孔→加熱一軋環(huán)。

4. 軋環(huán)前所有工序在自由鍛設(shè)備完成，采用自由鍛制造好壞料后，根據(jù)成品尺寸要求，在與碾環(huán)機(jī)相連的計(jì)算機(jī)中輸入軋制前后環(huán)材的外徑、內(nèi)徑和高度。將坯料按工藝要求加熱后，進(jìn)行軋制。

三、鈦及鈦合金模鍛

模鍛使金屬材料在一定形狀的模腔內(nèi)變形，可以生產(chǎn)出形狀和尺寸都很接近成品零件的模鍛件。兩相鈦合金模鍛通常是在低溫(a+β)區(qū)域加熱進(jìn)行。和自由鍛相比，模鍛可以減少零件機(jī)械加工工作量和材料的消耗，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率以及提高整批產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。使用模鍛工藝可以制造形狀十分復(fù)雜的鍛件，可以使鍛件獲得良好的纖維組織及高的力學(xué)性能。但模鍛需使用大功率的鍛壓設(shè)備及昂貴的模具，一般在對(duì)零件的組織性能有較高要求而且生產(chǎn)批量比較大時(shí)，選用模鍛較合適。鈦合金模鍛件用得最多，多適用于飛機(jī)零部件和汽車零部件及汽輪機(jī)葉片等形狀比較復(fù)雜的鍛造制品的批量生產(chǎn)。

模鍛使用的設(shè)備有:蒸汽-空氣錘、高速錘、熱模鍛壓力機(jī)、模鍛水壓機(jī)、螺旋壓力機(jī)和臥式鍛壓機(jī)等。

1.模鍛的基本形式及變形特點(diǎn)

模鍛的基本形式有兩種：開(kāi)式模鍛（產(chǎn)生毛邊的模鍛）和閉式模鍛（不產(chǎn)生毛邊的模鍛）

（1）開(kāi)式模鍛

開(kāi)式模鍛變形過(guò)程分四個(gè)階段：

第一階段 是自由變形或鐓粗變形過(guò)程，對(duì)某些鍛件可能還帶有局部壓入變形，坯料的高度減小，徑向尺于逐漸增大，直到金屬與模膛內(nèi)壁接觸為止，這一階段所需的變形力不大。

第二階段 是形成毛邊的過(guò)程。第一階段結(jié)束時(shí)，由于金屬的流動(dòng)受到模壁阻礙，有助于流向模腔的高度方向，同時(shí)開(kāi)始流入毛邊槽，形成毛邊，當(dāng)壓下量達(dá)到△H2時(shí)，出現(xiàn)少量毛邊，此時(shí)所需的變形力明顯增大

第三階段 是充滿型腔的過(guò)程。由于有了毛邊的阻礙作用，在變形金屬內(nèi)部形成了更明顯的三向壓應(yīng)力狀態(tài)。在壓下量達(dá)到△H3的過(guò)程中，金屬不斷流入毛邊槽，并逐漸充滿模腔。這一階段中，毛邊厚度逐漸減小，寬度增大，溫度下降，變形抗力明顯上升，從而造成更大的徑向阻力。這促使金屬流向模腔難充滿的部分，直至最后充滿全部模腔，這階段中，所需的變形力急劇上升。

第四階段 是擠出多余金屬的過(guò)程。從理論上講，第三階段結(jié)束時(shí)，模鍛過(guò)程就可以結(jié)束了。但由于很難精確地控制坯料的體積，多余的金屬是必須的，一般都出現(xiàn)第四階段。將多余的金屬擠出去，使鍛件達(dá)到要求的最終高度。這一階段因?yàn)槊呌直∮謱?，溫度也降低了，金屬流出的阻力很大，所需的變形力急劇上升達(dá)到最大值。雖然壓下量△H4一般很小(約2mm)，但消耗的能量占整個(gè)模鍛過(guò)程的 30%~50%。

（2）閉式模鍛

閉式模鍛的特點(diǎn)是模具的可動(dòng)部分在金屬開(kāi)始變形之前已進(jìn)入模具的不可動(dòng)部分，形成了封閉的模腔。模具的兩部分之間形成的間隙，與變形力作用的方向平行或與作用力成一定角度（等于模鍛斜度）。這個(gè)間隙的大小在整個(gè)變形過(guò)程中不變。在模具行程終了時(shí)，金屬充滿模腔，當(dāng)毛坯體積過(guò)大或形狀尺寸選擇不當(dāng)時(shí)，有可能將部分金屬擠向間隙，形成縱向毛邊。閉式模鍛時(shí)，由于坯料在完全封閉的狀態(tài)下變形，從坯料與模壁接觸開(kāi)始，側(cè)向主壓應(yīng)力值就逐漸增大，促使金屬的塑性大大提高。同時(shí)，由于不形成毛邊，金屬流線沿著鍛件外形分布而不會(huì)被切斷，鍛件的組織和力學(xué)性能也比開(kāi)式模鍛的好。

2.模具材料的選擇

對(duì)鈦合金鍛造模具材料的主要性能要求是需滿足鍛造工藝所要求的壓力及溫度條件，一般采用耐熱工具鋼。根據(jù)鍛造比，需對(duì)模具材料的耐蝕性、耐熱疲勞、機(jī)械疲勞等參數(shù)應(yīng)予重視。

模具加工費(fèi)用比較高，選擇模具材質(zhì)必須考慮鍛造壞料的加熱溫度、鍛造形狀、數(shù)量。鍛造形狀復(fù)雜的鍛件時(shí)，為了防止坯料開(kāi)裂或模具磨損，應(yīng)使用多個(gè)磨具，分段鍛造。為了鍛坯保溫，防止磨具破裂，模具應(yīng)加熱到300~500℃使用。