HB Z 199-2005 钛合金锻造工艺.pdf

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1、中华人民共和国航空行业标准FL 6200 HB/Z 199-2005 代替HB/Z199一1991g太合金锻造工艺Forging techniques of titanium aIloy 2005-12一26发布EIFJ-tEa - 晴圆EE-EE-川UUUH川口。川NHVH汗川HH吁ill) HHHHa MMMMMM睛nu-t引们UU川nuHHMm民UEE-E ,fuJ 川川川呻ll于tfIII-u们nUMMMMMMno tltlllnu- -Ea-EE-Ea- EE-EEa- ,EEPI - 2006-05-01实施国防科学技术工业委员会发布HB/Z 199-2005 目IJ吕本指导性技术

2、文件代替HB/Z199一1991铁合金锻造工艺。本指导性技术文件与HB/Z199一1991相比主要技术内容差异如下:a) 增加了在我国新型号飞机和发动机中应用的8个铁合金牌号:TA11、TA12、TA15、TA19、TC2、TC17、TC18、TB8;同时取消了锻件很少应用的3个铁合金牌号:TC9、TC10和Ti-2.3A1-11Sn-5Zr一1肌1o-0.2Si;b) 增加了铁合金锻造工艺的分类以及相应的锻造工艺。增加的锻造工艺有准锻造、热模锻造、等温锻造和超塑性锻造，同时取消了没有实际应用的亚卢锻造:c) 将+卢锻造的温度范围由马一(2550).C扩大到马一(2050).C，近卢锻造的温度

3、范围由马一(1O15).C扩大到马一(1O20).C，使两种锻造工艺的加热温度相衔接:d) 适当延长了坯料的最短保温时间，以保证坯料的充分热透:e) 将TA1、TA2、TA3，TA7和TC6铁合金的最低终锻温度降低50.C;O 将常用的切边和校正加热温度规定为一个温度范围:g) 在锻造设备一节中，为了选择合理的模锻设备功率，给出了几种铁合金在不同温度下的变形抗力:h) 在锻造工艺中增加了各方向锻造的内容，并将该章名称改为锻造:i) 规定锻件热处理按GJB3763A -2004执行，代替了原指导性技术文件引用的HB/Z137-1988 铁合金热处理工艺说明书。本指导性技术文件由中国航空工业第一集

4、团公司提出。本指导性技术文件由中国航空工业综合技术研究所、北京航空材料研究院归口。本指导性技术文件起草单位:中国航空工业第一集团公司北京航空材料研究院、贵州安大航空锻造有限责任公司、红原航空锻铸工业公司、宝钢集团上海五钢有限公司。本指导性技术文件主要起草人:沙爱学、王庆如、李兴无、刘东升、郑永灵、邹斌、庞克昌。本指导性技术文件于1991年6月首次发布。HB/Z 199-2005 铁合金锻造工艺1 范围本指导性技术文件规定了铁合金锻造的分类、术语、设备、仪器和工装、坯料准备、锻造工艺、锻件热处理、质量控制和技术安全。本指导性技术文件适用于TA1，TA2、TA3，TA7、TAll、TA12、TA1

5、5、TA19、TCl、TC2、TC4、TC6、TCll、TC17、TC18、TB6、TB8等航空用铁合金的锻造和环轧工艺。其他铁合金的锻造也可参照本指导性技术文件执行。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本指导性技术文件的引用而成为本指导性技术文件的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包含勘误的内容)或修订版均不适用于本指导性技术文件，然而，鼓励根据本指导性技术文件达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注目期的引用文件，其最新版本适用于本指导性技术文件。GJB 3763A -2004 铁及钦合金热处理田5354一1994热处理工艺质量控制皿5355锻造工艺质量控

6、制HB 6623.1 钦及铁合金卢转变温度测定方法差热分析法皿6623.2铁及铁合金卢转变温度测定方法金相法HB/Z 141 模锻件结构要素HB/Z 344 铁合金酸洗工艺及质量检验3 分类3. 1 铁合金锻造按坯料加热温度与获得的显微组织可分为+卢锻造、近卢锻造、准锻造和卢锻造。3.2 钦合金锻造按模具加热温度和压力保持时间可分为普通锻造和特种锻造两类。特种锻造一般包括热模锻造、等温锻造和超塑性锻造。4 术语和定义下列术语和定义适用于本标准。4. 1 +p锻造+p岛rging在卢转变温度(马)以下20C50C加热后进行锻造，即常规两相区锻造，获得双态组织或等轴组织。4.2 近p锻造near

7、P forging 在卢转变温度(T)以下10C20C加热后进行锻造，通常获得初生相含量为15%30%的双态组织。4.3 准卢锻造quasi-p岛rging在+卢区上部温度预热后随炉升温至马一10C，._，马+30C，短时加热后进行锻造，获得初生相含量不大于15%的网篮组织或双态组织。HB/Z 199-2005 4.4 卢锻造P forging 在卢转变温度以上lO.C或更高温度下的卢区加热后进行锻造，通常获得网篮组织或片状组织。4. 5 普通锻造convensional forging 模具温度为被锻造工件温度的lO%35%，压力保持时间通常小于Is。4. 6 热模锻造hot die for

8、ging 模具温度为被锻造工件温度的70%90%，压力保持时间通常为Is500s。4. 7 等温锻造isothermal forging 模具温度为被锻造工件温度的95%lOO%，压力保持时间通常为lmin15min。4. 8 超塑性锻造superplastic forging 模具温度为被锻造工件温度的95%100%，压力保持时间通常为5min60min。5 设备、仪器和工装5. 1 工件加热设备5. 1. 1 一般采用电阻炉加热，也可采用感应炉、弱氧化性的燃气炉(不推荐用于最终模锻前的半成品加热)或其他适宜的设备加热。5.1.2 近卢锻造工艺采用的加热设备的炉温均匀度应符合田5354一19

9、94表2中II类炉的规定:允许采用III类炉加热，但其加热区炉温均匀度应符合II类炉的规定。其余锻造工艺采用的加热设备的炉温均匀度应符合HB5354一1994表2中的III类炉的规定。5.1.3 加热炉应配备自动控温和自动记录装置。5.2 模具加热设备5.2.1 模具一般采用电阻炉、电热元件加热，也可采用感应线圈、弱氧化性的燃气炉或其他适宜的设备加热。5.2.2 热模锻造、等温锻造和超塑性锻造的模具与锻压设备之间应放置绝热装置。5. 3锻造设备5.3.1 铁合金坯料的锻造采用锻造液压机、空气锤或其他适宜的设备。压力机和锻锤的锤头应具有平整的表面和倒圆的边缘(倒圆半径或侧棱，特别是在窄锤头上，应

10、不小于30mm)。锤头工作表面的局部磨损(压痕、凹陷等)不超过3mm时可进行圆滑过渡打磨。5.3.2 模锻的预锻和终锻可采用相应能量的模锻水压机、液压机、机械压力机、模锻锤、对击锤、高速锤、液压(电动)螺旋锤、摩擦压力机、环轧机、平锻机或其他适宜的设各。模锻设备功率应根据制件的尺寸和所选定温度制度下合金的变形抗力来选择。几种铁合金在不同温度下的变形抗力见表1。未列入表中的合金可根据其化学成分参考表l的数据进行选择。热模/等温锻造采用相应能量的模锻水压机或液压机。压机的压下速度通常控制在1O-3mmls101mm1s范围。5.4 测温仪器可采用光学高温计、光电测温仪等仪器对坯料终锻温度进行监控。

11、热模/等温锻造模具采用热电偶、光电测温控温仪自动控制温度。5.5 工具钢锻件生产过程中使用的工具原则上都可用于铁及钦合金的锻造，但应洁净无油污。锻造过程中与坯料接触的工具一般均应预热后使用，预热温度应在150.C300.C。2 HB/Z 199-2005 表1几种钦合金在不同温度下的变形抗力合金名义成分温度以下变形速率(s-1)的最大变形抗力，MPa 牌号 10-2 10-1 10 102 700 151 191 TAl T 800 108 133 900 31 39 1000 24 26 800 222 320 365 452 TA7 TI-5AI-2.5Sn 900 205 262 285

12、 313 1000 80 93 105 117 1100 35 59 65 80 700 457 598 642 738 800 278 430 486 572 900 157 251 320 423 TA15 T-6.5AI-2Zr-1M。一lV1000 70 107 138 181 1100 50 70 106 141 1200 28 50 75 108 700 123 277 301 308 800 55 114 143 164 TCl T-2AI-1.5Mn 900 23 41 65 76 1000 16 26 35 46 1100 12 21 27 40 700 142 314 33

13、7 336 800 92 178 212 238 TC2 T-4AI-1.5Mn 900 58 97 136 161 1000 11 20 36 55 1100 9 15 25 38 700 354 476 514 556 800 171 323 357 384 TC4 T -6AI-4V 900 75 184 204 243 1000 28 61 85 108 1100 14 35 60 68 700 290 499 513 527 800 133 271 313 335 TC6 T-6A1-2.5如10一1.5Cr-0.5Fe一0.3S900 47 103 152 205 1000 28

14、57 91 115 1100 16 44 64 82 700 598 612 694 800 313 341 470 TC18 T-5AI-5Mo-5V一lCr一IFe900 100 155 210 275 1000 48 95 144 193 700 139 207 277 347 I TB6 TI一IOV-2Fe-3AI800 62 93 149 204 900 39 66 123 163 一一一5. 6 模具3 HB/Z 199-2005 5.6.1 普通锻造采用5CrNiMo，5CrM仙也、5CrNiW或其他合适的热作模具钢制造锻模:采用5CrNiMo、T7、T8、45号钢或其他合适的

15、材料制造冲切模。5.6.2 热模锻造、等温锻造和超塑性锻造采用町、K21或其他合适的材料制造模具。5.6.3 模具设计中采用的模锻件结构要素一般按HB/Z141的通用原则执行，但腹板和毛边的厚度、过渡半径应适当加大。5.6.4 与一般钢锻件用锻模相比，铁合金用锻模的模壁厚度及止动扣只寸应适当加大。5.6.5 锻模型槽的表面粗糙度-般应达到RaO.4m1.6m。5.6.6 锻模型槽的收缩量应根据钦合金与模具材料膨胀系数之间的差异确定。5.6.7 普通模锻或环轧前模具应预热至200C400C，校形模为300C400C。预热保温时间应足够，以保证整个模具热透。锻模型槽的温度建议使用可移动的加热装置来

16、维持。5.6.8 热模锻造、等温锻造和超塑性锻造大多采用精密模锻。6 坯料准备6. 1 按技术标准检验合格的坯料方可投入锻造。6.2 每熔炼炉批坯料均应按HB6623.1或HB6623.2测定转变温度。6.3 推荐使用热轧或热锻的棒材作为坯料，但在进行热模锻之前表面应进行机加工。用于小余量或带非加工表面的模锻件的原始坯料和中间坯料建议加工到表面粗糙度不大于Ra6.3m，最大不大于Ra12.5m。6.4 轧棒和锻棒切成定尺长度的坯料可在锯床、车床或镜床上进行，也可以热态在锤上或剪床上进行。坯料切断允许采用砂轮切割或气割，但随后应将热影响区去除。用于制造自由锻件以及在区温度下进行各方向辙粗或拔长的

17、坯料，允许采用具有热变形后的表面。6.5 坯料不允许有尖锐的边角，大、中型锻件的坯料边角倒圆半径应为5mm-20mm，小型坯料也应倒角或倒圆角。6.6 坯料不应有裂纹、压折、搭接、压入、锐角过渡及其他缺陷。缺陷应用打磨法清除掉，井应圆滑过渡，清理的宽度与被清理区的深度之比应大于10:1。当模锻件分几道工序制造时，考虑到在最终模锻之前还有清理工序，允许投产带缺陷的坯料，但其缺陷的埋藏深度不应超出零件机加工余量之半。6. 7 模锻或环轧用坯料通常应均匀喷涂润滑涂层。对要进行自由锻的坯料允许不采用涂层。采用吹砂或其他适宜的方法清除坯料表面油污。将坯料预热至80.C.-.200.C后，喷涂润滑涂层。根

18、据不同工艺要求选用FR2、FR5，FR6(使用温度均为800C 1000C)或其他适直的润滑涂层。7 锻造工艺7. 1 加热7. 1. 1 一般要求7.1. 1. 1 应按田5354一1994规定定期检测加热炉的炉温均匀度及测控仪表精度，并标出加热炉的有效工作区。7. 1. 1.2 加热前清除炉底上的氧化皮和其他残渣。7. 1. 1. 3 坯料应放在加热炉有效工作区内的耐火砖块、不锈钢或镰基合金支架上。坯料之间应有间隔，以保证均匀加热:当紧密排列时，应适当延长保温时间。在一般情况下坯料应平着装炉(轴线平行于炉底面);当坯料高度与直径之比不大于1时，允许立着装炉(轴线垂直于炉底面)。7.1.2

19、加热温度7.1.2.1 卢转变温度是确定加热温度的重要依据之一，各种钦合金的名义转变温度见表2。每批坯料的卢转变温度可能与表2所列的温度值不同，加热温度应按每个炉号实测的转变温度来确定。7.1.2.2 不同锻造工艺采用的坯料加热温度见表304 HB/Z 199-2005 7.1.3 加热时间7. 1.3.1 坯料应在炉子到温后入炉。7.1.3.2 当冷料入炉时，保温时间接表4执行。当热料回炉时，最短保温时间按工件有效厚度计算后减半。热料是指不低于终锻温度以下50.C的坯料。7. 1. 3.3 最大装炉量应符合加热炉的规定，并保证最后出炉的坯料的保温时间不超过表4的规定。7. 1. 3. 4 由

20、于机械故障或其他原因而不能正常出炉锻造时，可将炉温降低至卢转变温度以下120.C180.C后保温。以后再升温时，最短保温时间可以减半。如果需要相当长的时间才能排除故障，坯料应全部出炉空冷。出炉空冷的坯料重新加热时，仍按7.1.3.2执行。必要时可重复6.7工艺。合金类型工业纯钦 -卢R 坯料厚度或直径口un运151625 2650 51100 101150 151200 201300 表2各种钦合金的转变温度(TIl)合金牌号名义成分名义卢转变温度TA1 Ti TA2 Ti TA3 Ti TA7 1i-5AI-2.5Sn TAll Ti-8AI-IMo-IV TA12 Ti-5.5AI-4Sn

21、-2Zr一lMo-0.25Si一lNdTA15 Ti-6.5AI-2Zr-1M。一lVTA19 1i-6A1-2Sn-4Zr-2孔!oTCl Ti-2Al一1.5MnTC2 1i -4AI-1.5Mn TC4 1i-6A1-4V TC6 Ti-6AI-2.5Mo-l.5Cr-0.5Fe一0.3SiTCll 1i-6.5A卜1.5Zr-3.5M。一O.3SiTC17 Ti-5AI-2Sn-2Zr一4Mo-4CrTC18 Ti-5AI-5Mo-5V-ICr-1Fe TB6 1i-l0V一2Fe-3AlTB8 Ti-15如10-2.叶b-3AI-0.2Si表3各种锻造工艺常用的坯料加热温度准卢锻+锻

22、乃一(2050)近卢锻马-(1020) 乃一(2040)马一10马十30表4坯料的保温时间+卢锻和近卢锻卢锻最短保温时间最长保温时间最短保温时间最长保温时间+卢区minlmm mnlnun minlmm minlmm minlmm 1.5 4.0 1.3 3.0 1.3 4.03.0 l.31.l 3.02.4 l.31.1 3.02.4 1.1 0.9 2.41.8 I.lO.9 2.41.8 0.90.7 1.8 1. 4 0.40.7 0.90.7 J.81.4 0.70.6 1.41.2 0.7O.6 1.41.2 0.60.5 1.2l.O 0.6 1.2 0.5 1.0 900 9

23、10 930 1010 1040 1005 1000 995 930 940 995 970 1000 885 870 800 815 卢锻T+ (Io 120) 准卢锻卢区minlmm 0.10.5 注:保温时间从仪表指示温度到达规定的力1热温度时开始计算。5 HB/Z 199-2005 7.2 锻造7.2.1 各方向锻造7.2. 1. 1 为了细化直径在100mm以上坯料的组织，推荐预先在卢区或+卢区温度对它们进行各方向锻造，交替进行反复墩粗和拔长工艺。允许进行换轴向的各方向锻造，但改变轴向会增加出现组织不均匀性的可能性。在各方向锻造时墩粗的变形量为30%50%，随后的拔长一般应拔到原先的

24、长度。辙粗的坯料高度与直径之比一般应不大于2.0，最大不超过3.0。7.2.1.2在锻造过程中为避免侧面尖棱的过快冷却，建议在拔成方棒和其他自由锻工序后立即倒棱。7.2.2 模锻7.2.2.1 模锻是最终的变形工序，模锻件的组织与性能在很大程度上取决于它的正确进行。7.2.2.2 精密模锻件(具有小的尺寸公差和非加工表面)和各个部分高度差别大的复杂形状模锻件，建议用23道工序(火次)完成并采用防护润滑涂层。型槽的表面建议在模锻开始前用预先加热的坯料预热，这样有利于获得均匀的组织和一致的力学性能，同时也可以改善模锻件的成形性。7.2.2.3 在+卢区模锻时推荐的变形量为20%50%。当使用预先在

25、+卢区变形的坯料时，则允许在模锻件的个别部位将变形量降低到10%15%。当变形量超过70%时会导致坯料内部区域的变形过热，降低模锻件的冲击韧性等力学性能。7.2.2.4 在需要提高断裂韧度、热强性等力学性能时，可以采用近卢锻、准锻或卢锻。当采用卢锻时变形量应不小于30%。7.2.2.5 在第一件模锻开始前和工作中断以后进行模锻前应检测模具的温度，必要时应进行预热，使其达到规定的温度。7.2.2.6 在将坯料放入锻模型槽之前，应用压缩空气清理型槽，并在模具的型面上涂上润滑剂(石墨+机油或MoS2+机油、干锯屑等)。使用防护润滑涂层不排斥普通润滑剂的应用。7.2.2.7 应尽量缩短己加热坯料从炉子

26、到锤或压力机的传递所耗费的时间，以防止坯料明显降温。7.2.2.8 如果发生一火条件下模锻件欠压或未成形，一般允许在+卢区温度进行补充锻造或轧制。允许的回炉加热次数应越少越好，并应在工艺卡片中加以规定。7.2.2.9 终锻温度根据合金和锻造工艺而定。+卢锻、近卢锻和准锻等工艺常用的最低终锻温度见表5。卢锻的终锻温度可比表5的温度高一些，或在转变温度以上结束锻造。7.2.2.10 除非有特殊规定，锻件应分散地放在干燥的地面上进行空冷。7.3切边、校正和标识7. 3. 1 切边模锻件的切边一般在切边压力机上进行，应在模锻后立即进行热切边。当模锻件因降温较多而无法直接热切边时，应重新加热至表6推荐的

27、温度后再切边。切边也可以采用机械加工。作为例外允许用气割方法切边，但这种情况下考虑到热影响区沿模锻件的外廓应预留10mm15mm的余量，当欠压量大6 HB/Z 199-2005 表6(续)7.3.2 校正当模锻件锻后需要校正时，可在模锻的同一模具中进行，在切边后立即校正，也可专门加热至表6推荐的温度进行。7.3.3 标识锻件应按技术标准或图样的要求在指定的位置打印标记。打钢印直接在锻造结束时在热状态下进行。允许在冷状态下在清除掉表面层后打钢印。也允许用油漆、电笔和其他方式进行标记。8 锻件热处理8. 1 热处理锻件的热处理按GJB3763A一2004或专用技术文件的规定执行。8.2 热处理后的

28、清理推荐用吹砂、酸洗或打磨的方法清除锻件表面氧化皮、层以及残留的防护润滑涂层。酸洗及检验可按HB/Z344的规定执行，其他清除方法可参照相关标准执行。9 质量控制9. 1 参照本指导性技术文件的要求制定航空锻件的锻造规范、编写工艺卡片，并检查现场实际执行情况是否符合规范的要求。9.2 铁合金的加热和热变形应遵守本指导性技术文件所推荐的制度，否则可能导致低倍组织和显微组织以及力学性能的恶化。铁合金的随后的热处理通常无法改善其组织。9.3 按锻件技术标准或锻件图样的要求检验锻件的质量。9.4 锻造工艺质量控制参照HB5355的规定执行。10 技术安全锻造过程中的技术安全按专用技术文件执行。的OON|FN自嗣准标地艺5时口。工m舵造寸国阴阳别捕金UU时恰阳人bz华中* 中国航空综合技术研究所出版(北京东外京顺路7号)中国航空综合技术研究所印刷车间印刷北京1665信箱发行版权专有不得翻印开本880x 1230 1116 印张1字数21千字2006年4月第一版2006年4月第一次印刷印数1-500定价8.00元书号:标301.2260号Z 1 9 9一2005 H B