TC4合金是一种中等强度的α+β型两相钛合金，拥有优异的综合机能，是造备航空发起机进气和电扇机匣的首选资料。该类型机匣表径尺寸较大，且壁厚较薄，常在加工和服役过程中出现变形情况，严沉时甚至导致零件报废。与国表成形技术相比，国内环件资料利用率普遍较低。

针对以上情况，设计异形截面环件，选取径轴双向复合轧造，开发薄壁环件胀形工艺，实现了异形截面环件精确成形，并提高了环件轧造过程变形均匀性和资料利用率，同时调控内部应力散布。了局批注，选取本次设计的工艺出产的锻件显微组织、各项力学机能指标满足技术尺度要求。

TC4合金含有6%α不变元素Al和4%β不变元素V，兼具了α钛合金和β钛合金部门利益，综合机能优异，且拥有优良的加工机能，在航空和航天工业中得到了宽泛利用，目前是造作航空发起机进气和电扇机匣的首选资料。

TC4合金进气和电扇机匣表径通常超过1000mm，高度约300mm，且壁厚较薄，在后续零件加工过程中，变形问题凸起。与国表环件精确辗轧技术相比，国表环轧机已经实现数字化节造，径轴双向复合轧造技术已经利用成熟，环件尺寸精度达到了环件表径的1‰。国内依然选取传统的单向辗轧工艺，精度较低，资料利用率不高。

本文以TC4合金机匣为钻研对象，进行精化加工余量设计，削减后续机械加工余量，预防大余量加工
？⒕吨崴蚋春显造技术和胀形工艺，提高环件尺寸精度，同时调控内部应力散布，降低后续变形风险。

试验规划

本文以TC4合金机匣环件为钻研对象，对环件进行优化设计，削减环件单边设计余量，降低后续加工成本。结合数值仿照技术，对辗轧过程进行仿真，设计最佳的中央环坯
？⒄托喂ひ，调控环件内部应力散布，并进一步提高环件尺寸精度，实现异形截面环件精确成形。

试验资料的选用

本次试验选取φ300mm规格的TC4棒材，依照原资料技术尺度进行化学成分、显微组织和力学机能检测，其显微组织见图1，化学成分见表1，棒材力学机能见表2。

表1棒材化学成分

表2棒材力学机能

工艺规划的造订

⑴优化锻件结构

本次以TC4合金机匣为钻研对象，凭据环件最终交付状态、结构和成形特点，对原有的环件进行优化设计，优化前后环件截面对比见图2。

通过对迸着化前后环件截面能够发现，优化后的内表环面的加工余量由8mm削减为5mm，在高度方向，加工余量略有增长。在状态设计方面，增长了下端表环面直壁段的高度，有利于提高辗轧过程的不变性和尺寸丈量精度。总体而言，环件沉量削减显著，节俭了原资料成本。同时大量削减后期的加工工时，其综合经济性较好。

⑵辗轧数值仿照

结合数值仿照技术对辗轧成形过程进行仿真，经过迭代仿照推算，最终确定环坯尺寸为φ770mm×φ660mm×280mm，并拔取9个典型地位作为点追踪，其相对地位示意图如图3所示，辗轧成形后环件的等效应变场和温度场散布云图别离见图4和图5。

从图4环件辗轧实现使佧体应变散布能够看出，最幼应变呈此刻环件下端底部，应变值散布在0.57~0.67之间，最大应变呈此刻环件上端内环面的部门幼区域，应变值散布在1.87~2.33之间。轧造实现时，环件整体的等效应变散布沿轴向，上端应变最大，越靠近下端面，应变越幼。各地位点追踪数据显示环件最幼变形区域等效应变均在0.5以上，批注环件下端变形量充分
；芳轧造实现时，整体等效应变散布大体在0.57~2.33，各区域变形相对均匀，不存在幼变形区，填充情况优良。

从图5环件辗轧实现时温度散布云图能够看出，在整个轧造过程中，环件的温度呈整体均匀降落的趋向。轧造实现时，环件整体温度出现出内高表低的散布，最低温度呈此刻环件下端与垫板接触区域，在824~846℃之间，最高温度呈此刻环件心部区域，最高温度为961℃。这对于TC4合金而言，环件各区域整体温度散布相对均匀，且有优良的终锻温度。

⑶胀形数值仿照

环件辗轧实现后进行胀形工艺设计，选取1火次加热，多路次胀形成形规划。利用液压胀形机进行多路次胀形，胀形温度在800~900℃，环件胀形的几何模型如图6所示。

结合有限元数值仿照技术对胀形过程进行仿真，胀形实现时，环件的等效应变散布云图和应力散布云图别离见图7和图8。

从图7中能够看出，环件整体等效应变散布在0.04~0.05之间，进入塑性变状态态，且整个环件应变散布十吩旖均。从应力散布也能够看出，环件整体的应力在60~63MPa，降低了后续因内部残存应力不均而导致变形的风险，同时将环件的尺寸精度提高到环件表径的2‰，进一步提高资料利用率，经济效益极度显著。

试验了局

显微组织

依照技术要求，在环件上、钟注下部位进行取样检测显微组织，各部位显微组织见图9
；芳各区域初生α相含量在35%~45%之间，次生片层α相藐幼，这对于提高环件的综合机能是极度有利的。

力学机能

依照技术要求在上、钟注下区域取样检测，进行室温拉伸、高温拉伸、悠久力学机能测试。锻件室温拉伸、400℃高温拉伸和悠久检测了局见表3，从表3中能够看出，室温拉伸抗拉强度均匀值为1051MPa，高温拉伸的抗拉强度均匀值为701MPa，其余各项指标满足技术尺度要求，且有较大的阔心胸。各区域的悠久机能均在200h以上。

在环件中部进行取样测试室温冲击、300℃、450℃拉伸、400℃×100h热不变机能，检测了局见表4。从表4检测了局能够看出，环件各项机能数据未见异常，与同类型产品机能相当。

表3环件力学机能测试了局

表4环件力学机能检测了局

实现语

本次试验拔取TC4合金机匣环件作为钻研对象，对环件结构进行精化设计，并设计中央环坯，提高环件轧造过程变形的均匀性。并结合有限元数值仿照技术，对环件辗轧、胀形过程进行仿真。成形后环件各部位变形均匀，拥有优良的终锻温度。依照技术要求，对环件各部位进行显微组织和力学机能测试，了局批注：

⑴通过精化环件设计余量，削减环件沉量，同时降低后续的机械加工工时，降低机械加工成本。选取1火次加热，多路次胀形工艺，调控环件内部应力，使其达到均匀散布，降低后续加工和服役变形风险，同时经过胀形，环件尺寸精度达到环件表径的2‰，进一步提高环件尺寸精度。

⑵结合有限元数值仿照技术，对环件辗轧和胀形过程进行仿真，从变形实现时温度场和应变场能够看出，各部位变形相对均匀，不存在幼变形区域，各截面填充优良
；变形实现时，环件各区域温度在824~961℃之间，环件终锻温度极度梦想。

⑶经过理化测试，试造环件的显微组织、力学机能均满足技术要求，且都有肯定阔心胸。

（注，原文标题：薄壁TC4合金环件精确成形工艺设计）