一、钛及钛合金的精锻

钛及钛合金棒材生产也常使用径向锻造机--精锻机锻造。精锻机生产棒材具有生产效率高、尺寸精确、表面质量好、材料利用率高等特点。

1.精锻工艺特点

①锤头锻打频率高，每分钟可达数百次甚至上千次。这种加载方式降低了金属和工具之间的摩擦因数，锻件表面光滑，内部变形均匀。

②锤头锻打时，每一冲程行程小，变形量小，与金属接触面小，可以大大减小变形力及变形功，能降低设备的吨位和提高工具的使用寿命。

③ 锤头的行程可以任意调节，锤头的型面对工艺尺寸适应较大，不必更换锤头可以生产一定尺寸范围的锻棒。

④ 锻造时，四个锤头的行程保持不变，所以尺寸精度高。

⑤ 可根据坏料在变形过程中温度的变化，调整送进量。

⑥依靠四个带有凹槽的锤头压缩金属，金属只能轴向延伸，所以不会产生周向棱角和裂纹，这与自由锻时的平砧压缩不同。

⑦锻打时将产生很高的三向压缩应力，可使金属的塑性提高2~3倍，能获得很高的道次锻比。

⑧当进料速度及道次压下最很大时，将在坯料内部产生很高的热效应，使变形温度升高，如TC11合金的温升可达90℃，过高的温升会使棒材组织粗化。

1. 精锻工艺过程

精锻时的主要工序是拔长，在锻造过程中，坯料与锤头既有相对的轴向移动，又有相对的转动，可以生产圆棒、扁棒、方棒和空心棒材。当坯料一面转动，一面轴向移动时，可生产圆截面的锻棒，如圆棒、阶梯棒及锥形棒;当坯料只做轴向移动而不进行转动时，可生产方棒、扁棒等。

用芯棒精锻空心坯料，可以生产空心棒材。芯棒锻造有长芯棒锻造和短芯棒锻造两种。芯棒工作部分比空心坯料长度略长时，称长芯棒锻造，可生产阶梯形或锥形棒；当芯棒工作部分比锤头工作部分略长时，称短芯棒锻造，用于锻造内孔尺寸均一的管材。

二、钛及钛台金的轧环

钛及钛合金环材在锻造制环坯后，往往也采用碾环机进行环材轧制，以进一步扩径和减壁，虽不属于锻造范鹏，但与锻造结合很紧密，故把它放在锻造一章。环轧主要用于生产轴承环、回转支承环件、齿圈、轮箍、法兰等。适用于钛合金、碳钢、合金钢、不锈钢等。碾环有以下特点。

（1）优点

①采用CNC控制技术，轧制过程中对轧制力和锻件的尺寸进行控制，轧制过程实现自动化，劳动条件好。

② 所需的设备吨位小。

③ 碾制环形件精度高、效率快，省工、省料，经济效益显著。

④内在质量优良，轧环变形是径向压缩，周向延伸，环件金属纤维沿圆周连续排列，往往与环件使用中的受力和磨损相适应，所以轧环产品的强度高又耐磨，内在质量优。

常见缺点

① 产生椭圆度。

②轧环后环材的棱角(或圆角)不充满。

③内外径易产生锥度，

① 端面有凹坑现象等。

1.碾环机的构造

生产中常用的碾环机有径向碾环机和径-轴向碾环机。钛及钛合金轧环常采用径-轴向碾环机。该设备一般由主辊、芯辊、锥辊、托盘及辅助部分构成。

2. 轧环工艺

3. 组环的简明工艺为：铸锭→加热一锻造→下料→加热→冲孔一扩孔→加热一轧环。

4. 轧环前所有工序在自由锻设备完成，采用自由锻制造好坏料后，根据成品尺寸要求，在与碾环机相连的计算机中输入轧制前后环材的外径、内径和高度。将坯料按工艺要求加热后，进行轧制。

三、钛及钛合金模锻

模锻使金属材料在一定形状的模腔内变形，可以生产出形状和尺寸都很接近成品零件的模锻件。两相钛合金模锻通常是在低温(a+β)区域加热进行。和自由锻相比，模锻可以减少零件机械加工工作量和材料的消耗，提高劳动生产率以及提高整批产品的质量稳定性。使用模锻工艺可以制造形状十分复杂的锻件，可以使锻件获得良好的纤维组织及高的力学性能。但模锻需使用大功率的锻压设备及昂贵的模具，一般在对零件的组织性能有较高要求而且生产批量比较大时，选用模锻较合适。钛合金模锻件用得最多，多适用于飞机零部件和汽车零部件及汽轮机叶片等形状比较复杂的锻造制品的批量生产。

模锻使用的设备有:蒸汽-空气锤、高速锤、热模锻压力机、模锻水压机、螺旋压力机和卧式锻压机等。

1.模锻的基本形式及变形特点

模锻的基本形式有两种：开式模锻（产生毛边的模锻）和闭式模锻（不产生毛边的模锻）

（1）开式模锻

开式模锻变形过程分四个阶段：

第一阶段 是自由变形或镦粗变形过程，对某些锻件可能还带有局部压入变形，坯料的高度减小，径向尺于逐渐增大，直到金属与模膛内壁接触为止，这一阶段所需的变形力不大。

第二阶段 是形成毛边的过程。第一阶段结束时，由于金属的流动受到模壁阻碍，有助于流向模腔的高度方向，同时开始流入毛边槽，形成毛边，当压下量达到△H2时，出现少量毛边，此时所需的变形力明显增大

第三阶段 是充满型腔的过程。由于有了毛边的阻碍作用，在变形金属内部形成了更明显的三向压应力状态。在压下量达到△H3的过程中，金属不断流入毛边槽，并逐渐充满模腔。这一阶段中，毛边厚度逐渐减小，宽度增大，温度下降，变形抗力明显上升，从而造成更大的径向阻力。这促使金属流向模腔难充满的部分，直至最后充满全部模腔，这阶段中，所需的变形力急剧上升。

第四阶段 是挤出多余金属的过程。从理论上讲，第三阶段结束时，模锻过程就可以结束了。但由于很难精确地控制坯料的体积，多余的金属是必须的，一般都出现第四阶段。将多余的金属挤出去，使锻件达到要求的最终高度。这一阶段因为毛边又薄又宽，温度也降低了，金属流出的阻力很大，所需的变形力急剧上升达到最大值。虽然压下量△H4一般很小(约2mm)，但消耗的能量占整个模锻过程的 30%~50%。

（2）闭式模锻

闭式模锻的特点是模具的可动部分在金属开始变形之前已进入模具的不可动部分，形成了封闭的模腔。模具的两部分之间形成的间隙，与变形力作用的方向平行或与作用力成一定角度（等于模锻斜度）。这个间隙的大小在整个变形过程中不变。在模具行程终了时，金属充满模腔，当毛坯体积过大或形状尺寸选择不当时，有可能将部分金属挤向间隙，形成纵向毛边。闭式模锻时，由于坯料在完全封闭的状态下变形，从坯料与模壁接触开始，侧向主压应力值就逐渐增大，促使金属的塑性大大提高。同时，由于不形成毛边，金属流线沿着锻件外形分布而不会被切断，锻件的组织和力学性能也比开式模锻的好。

2.模具材料的选择

对钛合金锻造模具材料的主要性能要求是需满足锻造工艺所要求的压力及温度条件，一般采用耐热工具钢。根据锻造比，需对模具材料的耐蚀性、耐热疲劳、机械疲劳等参数应予重视。

模具加工费用比较高，选择模具材质必须考虑锻造坏料的加热温度、锻造形状、数量。锻造形状复杂的锻件时，为了防止坯料开裂或模具磨损，应使用多个磨具，分段锻造。为了锻坯保温，防止磨具破裂，模具应加热到300~500℃使用。