等温锻造与超塑性锻造技术解析

在常规锻造条件下，一些难成形金属材料，如钛合金、铝合金、镁合金、镍合金、合金钢等，锻造温度范围比较狭窄，尤其是在锻造具有薄的腹板、高筋和薄壁的零件，毛坯的温度很快地向模具散失，变形抗力迅速增加，塑性急剧降低，不仅需要大幅度提高设备吨位，也易造成锻件开裂。因此不得不增加锻件厚度，增加机械加工余量，降低了材料的利用率，提高了制件成本。自20世纪70年代以来得到迅速发展的等温锻造与超塑性锻造，为解决上述问题提供了强有力的方法。

1.等温锻造的基本特点

1）为防止毛坯的温度散失，等温锻造的温度范围介于热锻温度和冷锻温度之间。

2）考虑到材料在等温锻造时具有一定的粘性，即应变速率敏感性，等温锻造的变形速率很低，一般等温锻造要求液压机活动横梁的工作速度为0.2～2mm/s。

在上述两个条件下，等温锻造坯料所需的变形力很低，例如用5000kN液压机等温锻造，可替代常规锻造时的20000kN水压机。对于航空航天工业中应用的钛合金、铝合金，及一些叶片和翼板类零件很适合这种工艺。如美国依利诺斯研究所为美国军用飞机F15生产的隔框钛合金锻件，零件成品质量为10kg，原采用常规锻造，锻件质量154kg，而采用等温锻造后，锻件质量16.3kg，只是常规锻造的1/10左右，使材料的利用率由原来的6.5%提高到61%。

2.超塑性锻造基本特点

超塑性锻造分为微细晶超塑性锻造、相变超塑性锻造和其他超塑性锻造。后两类由于技术较复杂等原因，工业应用受到限制，一般所讲的超塑性锻造多指前者。(www.xing528.com)

微细晶超塑性属静态超塑性，它使金属材料通过变形和热处理细化方法，使晶粒超细化和等轴化。微细晶粒超塑性具有三个条件，即材料等轴稳定的细晶组织（通常晶粒尺寸小于10μm）；温度T≥0.5T_m，T_m为材料的熔点的热力学温度；应变速率ε̇=10^-4～10^-1s^-1时呈现塑性，即材料具有低的流动应力，较高的伸长率，良好的流动性。

超塑性模锻必须保证坯料在成形过程中保持恒温，即所谓的“等温模锻”，同时保证变形速度较低（每件约需2～8min），因此模具结构采用闭式模锻，成形部分的尺寸应考虑收缩率，一般取-0.3%～-0.4%，模具冷尺寸应小于锻件冷尺寸。模具材料（若采用钛合金超塑性成形时）选用K403镍基铸造高温合金；设备选用可调的慢速水压机或液压机。

3.等温锻造与超塑性锻造的分类与应用

表10-15归纳了等温锻造与超塑性锻造的分类与应用。

表10-15 等温锻造与超塑性锻造的分类与应用