等温锻造技术研究现状

等温锻造技术是制造高性能铝合金机轮轮毅的有效手段。等温锻造，顾名思义就是在锻造过程中模具与坯料温度保持一致并始终在一定范围内的锻造工艺。与传统锻造技术相比，这种工艺避免了模具对材料的激冷导致的材料应变硬化，也简化成形过程。在大型铝合金模锻件“成形”与“成性”的双重要求下，提出使用等温锻造技术进行大规格铝合金锻件的制造。等温锻造技术是基于金属超塑性原理发展的一种锻造技术。其特点一是控制锻造过程中温度场的范围，二是把应变速率控制在一个很低的范围内，获得超塑性条件。针对铝合金来说，等温锻造所需的变形应力为25-30Mpa，远低于普通锻造的变形应力;在金属超塑性条件下其延伸率较高，可以锻造常规锻造无法成形的锻件，所以可以用很低的吨位锻造实现“成形”。同时，航空用铝合金大都对锻造温度要求严格，等温锻造可以保证温度场的稳定，把成形温度控制在一个很窄的范围内，可以有效地调控锻件整体的组织性能，满足大规格锻件的“成性”的需要。等温锻造技术为受到设备限制条件下的大规格锻件锻造提供了一种新的解决方案。

从锻件性能的控制来说，等温锻造可以获得变形死区小甚至避免变形死区、组织均匀的锻件。变形死区是锻造中难以避免的现象，是造成锻件组织不均匀现象的重要原因。无论是制坯还是模锻过程中，模具的致冷作用都强烈影响工件与模具接触的表面，再加上摩擦力，使工件表面的低温层变形量特别低，无法破碎原有的粗大晶粒，严重影响锻件的组织均匀性。而为了减少粗晶对零件的影响，加大余量，在后续的共步中加工去除是最常用的方法，这就无法避免金属消耗量的增加，难以实现精密成形。而使用等温锻造成形，就避免了模具的致冷作用。从而可以更加精确地控制锻件组织，减小余量，实现精密成形，减少了金属消耗量。特别是针对铝合金这种锻造温度范围很小的金属，等温锻造可以获得较常规锻造更优良的组织。从质量控制的角度看，等温锻造过程大大减少了人工因数的影响，直到出模才是人工操作。整个压制过程都是采用设定指标的机器控制，保证了产品的稳定性，为获得优良的锻件提供了保证

等温锻造是靠将模具加热到与工件同样的温度下次实现的。对铝合金要加热到400-500℃，模具要采用热作模具钢，加热时要采用电炉，锻造使用低速进行，从而增加了变形时间和加热时间，这些都会造成成本的增加。然而，等温锻造实现了毛坯的精化，与常规锻造相比，可以大大提高材料利用率，减少锻造道次，几乎可以一火次成形。而且，锻造精化后减少了机加工量，降低了机加工成本。综合考虑，对于铝合金锻件，特别是一些常规锻造有很大余量的锻件，采用等温锻造节约出来成本远大于多消耗的成本，有良好的经济效益。

航空工业中常用的钦合金、高温合金、粉末合金和铝合金等高性能材料，由于其锻造温度区间窄、变形抗力较大，在制备大型锻件时很难使用常规模锻成形。但等温模锻由于其工艺特点，可以实现这些锻造温度区间窄、变形抗力大的材料的压力加工。从经济效益来说，等温锻造的最大优点是减少加工余量，从而降低原材料成本。由于其显著的经济效益，等温锻造技术在钦合金和某些高温合金和一些对性能有特殊要求的特种合金发展较为迅速。哈尔滨工业大学的张艳秋对7A09复杂盘饼类锻件的等温模锻进行了研究。中南大学的郭鸿镇等对2B70铝合金的等温锻造进行了研究。中南大学的陈康华、陈送义等对7085铝合金的等温锻造进行了研究。北京科技大学的朱磊等对TC11合金某型号涡轮盘的等温锻造工艺进行模拟式工艺设计。北京航空材料研究院的王淑云等对等温锻造技术制造FGH%合金大型涡轮盘进行研究。西北有色金属研究院金属多孔材料国家重点实验室的贺卫卫等对TiAI合金的等温锻造进行了研究。宝钢集团上海五钢有限公司庞克昌等采用等温锻造工艺生产出优质TC4钦合金高压前轴颈的精密空心锻件，锻件相比普通锻件减重达60%，锻件的化学成分、力学性能和金相组织全部达到了技术条件的要求。上海宝钢股份有限公司特殊钢分公司已经生产了几十种各种大小的航空钦合金等温锻造精密部件。贵州安大航空锻造有限责任公司使用等温锻造技术生产出2214铝合金轮叉锻件。北京北方车辆集团有限公司使用等温锻造轮毅件的工业化研究，结果表明等温锻造轮毅件的性能优于常规锻造。