ICS 77.120.50 J 32
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T38964—2020
钛合金等温锻造 工艺规范
Isothermal forging for titanium-alloy-Technological specification
2021-02-01实施
2020-07-21发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T38964—2020
目 次
前言
范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 4 总则
1
要求 6 工艺过程
5
.... GB/T 38964—2020
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准由全国锻压标准化技术委员会（SAC/TC74)提出并归口。 本标准起草单位：贵州安大航空锻造有限责任公司、一拖（洛阳）铸锻有限公司、北京机电研究所有
限公司、湖北三环锻造有限公司、武汉理工大学、第一拖拉机股份有限公司。
本标准主要起草人：陈祖祥、陈明、王云飞、魏巍、金红、张运军、华林、王龙祥、于宜洛、周林、王国文、 钱东升、阮艳静、秦思晓、余国林、刘艳雄、李生仕。
SAC
1 GB/T38964—2020
钛合金等温锻造 工艺规范
1范围
本标准规定了钛合金等温锻件（以下简称“锻件”）的工艺规范，包括总则、要求、工艺过程本标准适用于钛合金等温锻造工艺的制定
规范性引用文件
2
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T2965钛及钛合金棒材 GB/T 8541 锻压术语 GB/T9452一2012热处理炉有效加热区测定方法 GB/T165984 钛及钛合金饼和环 GB/T 23605 钛合金β转变温度测定方法
3术语和定义
GB/T8541界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
钛合金α十β锻造 α+βforgingof titanium-alloy 钛合金在β转变温度（T）以下20℃～50℃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。 3.2
P2C
钛合金近β锻造nearβforgingoftitanium-alloy 钛合金在β转变温度（T）以下10℃～20℃加热后进行锻造，通常获得初生α相含量为15%～
30%的双态组织。 3.3
钛合金准β锻造quasiβforgingoftitanium-alloy 钛合金在3转变温度（T。）以下10℃预热后随炉升温到3转变温度（T。）以上30℃.短时加热后进
行锻造，获得初生α相含量不大于15%的网篮组织或双态组织。 3.4
钛合金β锻造βforgingoftitanium-alloy 钛合金在β转变温度（T。）以上10℃或更高温度下的3区加热后进行锻造，通常获得初生α相含量
不大于15%网篮组织或片状组织。 3.5
钛合金等温锻造 isothermal forging of titanium-alloy 钛合金模锻过程中，坏料温度保持恒定不变的锻造方法。一般情况下，模具温度为被锻造工件温度
的95%~100%，压力保持时间通常为60s~900s。
1 GB/T38964—2020
4总则
4.1 工艺流程
钛合金等温锻造一般的工艺流程如图1所示
模具预热
模具润滑
模具加热
坏料制备
坏料预热
还料润滑
坏料加热
锻件和模具冷却
等温锻造
图 1 钛合金等温锻造工艺流程
4.2 锻件设计 4.2.1锻件设计时应考虑锻件出模、成形难易程度、坏料定位等情况，同时还应考虑变形量对锻件组织的影响。与热模锻相比，锻件的余量和公差、圆角半径、模锻斜度均可减小。 4.2.2锻件设计时宜采用数字模拟技术对变形量、温度变化、应力分布等进行优化 4.2.3分模面一般设置在锻件的最大轮廊处，以镦粗或压扁、挤压方式充填。为了防止锻件无法从模具中取出，通常将锻件不利于出模、质量大的部分放在有顶出装置的一端。 4.3 设备压力计算 4.3.1 锻造设备的工作液体压力可根据式（1）进行计算：
F =&mSRpo.2
..( 1 )
式中： F 2 m s R p0.2 注1：一般情况下变形条件系数（z）可选择1.5。 注2：毛坏体积系数（m）选择可按表1进行。
工作时液体压力，单位为牛顿（N）；变形条件系数；毛坏体积系数；毛坏在垂直于变形力方向的平面的投影面积，单位为平方毫米（mm"）；变形温度下的屈服应力，单位为兆帕（MPa）。
表1 1毛坏体积系数（m）
毛坏体积 cm <25 25~<100 100~<1000
220
毛坏体积系数（m）
1.0 1.0~<0.9 0.9~<0.8
2 GB/T38964—2020
表1（续）
毛坏体积 cm3 1000~<5 000 5000~<10000 10000~<15000 15 000~≤25 000
毛坏体积系数（m）
0.8~<0.7 0.7~<0.6 0.6~<0.5 0.5~<0.4
≥25 000
0.4
4.3.2 设备压力可结合计算结果和模拟结果确定。
5 要求
5.1 设备 5.1.1 等温锻造设备 5.1.1.1 等温锻造设备一般采用液压机， 5.1.1.2 水冷板（或设备滑块）应通人循环水对滑块和工作台降温。 5.1.1.3 设备一般应有计算机辅助操作系统，滑块具备无级调速的能力，能够满足钛合金等温锻造工艺参数需要，还应有顶出装置。 5.1.2 坏料加热炉 5.1.2.1 般采用电阻炉加热，制坏时也可采用感应炉、弱氧化性的燃气炉、真空炉或其他适宜的设备加热。 5.1.2.2 加热设备应定期进行校检，并具有温度自动调节、记录和报警的控制装置，加热炉的有效工作区应用视图或数字标出，有效工作区的温度容差应符合GB/T9452一2012中Ⅲ类及以上精度的要求。 采用近β锻造或准β锻造时，加热炉一般采用Ⅱ类及以上精度的电炉，允许采用Ⅲ类电炉，但加热区的炉温均匀性应符合Ⅱ类炉的规定。 5.1.3模具加热装置
-
为了保证钛合金锻造温度的需求，模具加热装置应有温控功能，随时监控模具表面温度，并通过加热炉炉丝通电/断电控制模具表面温度。模具加热装置应具备一定的密封性。 5.2 模具工装 5.2.1模具材料
模具材料在高温下应有足够的强度和硬度。一般情况下采用高温合金制造。推荐的模具材料及最高工作温度极限见表2。
3 GB/T389642020
表2推荐模具材料及最高工作温度极限
单位为摄氏度
模具材料 GH761 K403 N403 J132
最高工作温度极限
760 930 1 050 1 050
5.2.2模具设计 5.2.2.1根据锻件形状、大小等因素，模具设计可采用整体结构，也可以采用组合式的结构。 5.2.2.2根据不同部位的受热、受力情况，模架各个部位可采用不同材料制造。 5.2.2.3模架设计时应留有模具加热装置的安装位置。 5.3原材料 5.3.1原材料应符合GB/T2965、GB/T16598的要求，也可采用其他满足要求的材料，复验合格后方可投产。 5.3.2原材料表面应车光或磨光，并确保去除α硬化层。采用铸锭作为钛合金等温锻造坏料时应先进行改锻，保证坏料获得良好的组织和性能。 5.3.3每炉批原材料应按GB/T23605测定β转变温度，也可采用其他双方同意的方法进行测定。
6工艺过程
6.1坏料制备
6.1.1采用棒材或铸锭时应进行下料，下料一般采用车床、锯床或线切割。采用线切割下料时，应去除热影响区 6.1.2可采用棒材或铸锭经过反复镦拔等变形，获得满足等温锻造的组织和性能的坏料，也可直接采购满足要求的坏料。 6.1.3坏料表面不应有裂纹、折叠、麻坑及其他冶金缺陷。缺陷应采用打磨法清除干净，并应圆滑过渡，清理的宽度与深度之比应不小于10。 6.1.4坏料不应存在尖锐的边角、毛刺、连皮等。有效厚度不小于150mm、饼环坏外径不小于@250mm 时，倒圆角半径应为5mm~20mm；其他情况下的倒圆角半径可根据实际情况确定。 6.1.5坏料结构应保证锻件成形，并获得良好的组织和性能，必要时可对坏料等温锻造成形过程进行模拟，对锻造缺陷和坏料各个部位的变形量有充分的了解，根据模拟结果，优化坏料的尺寸和结构 6.1.6坏料制备时应按6.3.1控制加热 6.1.7坏料制备时应控制变形速度，不应出现十字亮线。 6.1.8必要时应对坏料进行腐蚀，检查材料组织和冶金质量。 6.2装炉 6.2.1 装炉前应清除炉底上的氧化皮和其他残渣。 6.2.2坏料应在炉子温度达到工艺规定的加热温度后装炉。 6.2.3坏料宜放置在加热炉的有效工作区内的耐火砖块、不锈钢或镍基合金支架上，坏料之间应有间
4 GB/T38964—2020
隙，以保证均匀加热；一般情况下坏料应平装（轴线平行于炉底面）；当坏料高度与直径之比不大于1时，可立装（轴线垂直于炉底面） 6.3加热 6.3.1坏料制备阶段可采用电阻炉或天然气炉加热。采用天然气炉加热时，火焰不应与坏料直接接触。炉内气氛应保持中性或弱氧化气氛，避免产生表面硬化层。不应使用吸热式、放热式加热炉，炉内气氛不应是氢气或氨裂解后形成的加热气氛，避免产生氢脆。 6.3.2等温锻造阶段应采用电阻炉加热。 6.3.3推荐的坏料加热温度和保温时间系数见表3和表4。
表3推荐的坏料加热温度
单位为摄氏度
β锻造 T+ (10~60)
锻造工艺加热温度
近阝锻造 T:—(10~20)
α十β锻造
准阝锻造 T:—(10～20)升温
T—(20~50)
T+(10~30)
表4推荐的坏料保温时间系数
β锻造
α+β锻造和近β锻造
准阝锻造
坏料厚度或直径 最短保温时间系数 最长保温时间系数 最短保温时间系数 最长保温时间系数 α+β区 β区 mm
1
min/mm 1.5~1.1 1.1~0.9 0.9~0.7 0.7~0.6
min/mm 3.5~2.4 2.4~1.8 1.8~1.4 1.4~1.2
min/mm 1.3~0.9 0.9~0.7 0.7~0.6 0.6~0.5
min/mm 3.0~2.4 1.8~1.4 1.4~1.2 1.2~1.0
min/mm min/mm
50 >50~100 >100~150 >150～200 >200
0.7~0.40.5~0.1
1.2
1.0
0.6
0.5
保温时间从仪表指示温度到达规定的加热温度时开始计算
6.3.4 报警温度一般设置在加热温度以上10℃，β锻造、准β锻造设置在加热温度以上5℃。 6.3.5 坏料出炉转移进入模具的时间一般应不大于60s。 6.4等温锻造 6.4.1 前期检查及准备
SZIC
6.4.1.1 应对模具加热装置进行检查，确保生产时加热状态良好， 6.4.1.2 首次生产的锻件应记录坏料质量、计算锻件的欠压量、估算吨位、计算零点设置等，记录模具投入使用时的表面状态；非首次生产的锻件，应查阅上批次锻件的生产记录，确认锻造过程中压力、零点、 压下过程参数、锻件出模时间、锻件充形是否存在异常。
6.4.2坏料及模具润滑
6.4.2.1坏料和模具应加热到100℃～200℃时喷涂润滑剂，预热温度不宜过高，避免润滑剂起泡导致润滑不均匀、失效等。 6.4.2.2 润滑剂不可与坏料和模具产生化学反应，一般采用玻璃润滑剂
5