引言：某航空的拉杆是一个很重要的承载构件,其材料是TC4特钛,但其毛坯一般是一种锻压件,是I型铸铁。本拉杆锻件的验收技术要求主要是其结构要求,在力学性能、无损检验等方面的要求都相当高,其中疲劳循环基数必须达到16000次、超声波标准孔为0.5mm。水平拉杆是典型长轴方向的铸造工具,头较大,轴部较长,头与杆部间盘轴过渡部位很难进行确保。再加上TC4特钛合金具有较大的锻造和变形抗力、锻造温度范围狭窄，所以对于锻造工艺提出了更高需求。为了确保锻件质量，选取3种方例进行工艺试验，择优选择最优的工艺方案，并用试制进行验证[1]。
1某航空发动机拉杆锻造工艺分析
锻件的外形尺寸如图 1，全长266毫米，头部直径110毫米，杆部直径70毫米，铸造时头部变形大，杆部变形少，过渡区的结构难以确保。本产品选用TC4特种钛钢，其煅烧温度在80摄氏度以内，宜一次成形，以确保铸坯的内在品质。使用自行锻成形，无论是先镦头后拔杆还是拔杆后镦头都需两火成形，这对锻造的影响很大。一次成形工艺，通过对头部部位进行精确的锻压，可以较好地确保头部和棒体的交界处的组织品质。TC4特钛钢的主要特性是变形抗力大，金属流动性差，铸坯与铸型之间的接触会引起铸坯的温度降低，从而提高铸坯成型的困难，所以要防止铸坯不填[2]。
2 工艺试验
2.1 试验方案
实验用的是TC4特钛合金，985摄氏度的相变点，工厂位于宝钢。
方案 1：使用2 T的自由锻模，下料大小为100毫米*235毫米，先锻到准直120毫米，然后将棒体拉制到准70 mm，铸造加热温度920°-10° C，最终煅烧不小于850℃，2次淬火成形，坯料成型过程如图 2 所示。
方案 2：运用4英寸的水平锻压机2火模锻，选择标准70 mmX378 mm的棒材，先将其成形为100 mm*84 mm，然后进行最终成形，在920° C+10 ℃进行成形，坯料成型过程如图 3 所示。
方案 3：使用4英寸的水平锻压机进行1次锻造，选择标准70毫米X378毫米的棒材，一次锻打到一定的大小，锻造加热温度为920°-10° C，坯料成型过程如图 4 所示。
2.2试验件检查
通过3个不同的加工方法，每一个试样都进行了一次试样的外观品质检验，同时对试样的头部和棒体的过渡区进行了测量。通过对试验结果的观察，采用方案2和方案3锻造的样品都出现了部分不充满的现象[3]。经组织检验，3个方案的流线正常，组织均匀，晶粒度不超过3个等级，符合有关规范；试验1的头骨和棒体的过渡带组织的初始 α值比为35%，满足了规范的要求，见附图5；方案2和方案3试样头部和棒段的过渡带中的初始阿尔法相率为30%，满足设计的需要，如图 6 所示。
2.3 试验结果分析
实验表明，当锻造加热温度为920°C±10°C时，三种工艺方案处理后锻件组织都可以达到要求。1.采用了一种可自由锻造的方法，其劳动强度大，生产效率低，不利于以后的大规模生产。方案2和方案3锻造的锻件均有头不填塞的问题，但可以大量制造[4]。与实施例2比较，预锻工序减少，提高了生产率，降低了成本，在有效地处理了锻件的表面品质问题后，可以采取方案 3。
3改进方案
3.1 减少坯料转移时间
最后锻造时，钛合金的最终锻造温度不能太高。随着温度的降低，变形阻力会迅速增大，塑性会减小，从而导致铸件出现不完全的缺陷。TC4特钛合金在850~930摄氏度的煅烧范围只有80摄氏度，在此范围内会使钢坯的温度降低，从而增大了成形的困难，严重时会导致铸件不完全注满。这种铸造毛坯为圆形，重量大，使用常规的夹具搬运不方便，容易造成搬运的时间延长，造成毛坯的温度损耗。为了减小毛坯的温耗，按毛坯的形状，可以按毛坯的形状来制作特殊的夹具。另外，操作人员也要把每次毛坯的搬运速度限制在8秒以内，尽量减少搬运的次数。
3.2改进模具预热方法
由于铸件的预加热温度升高，铸件的塑性和塑性都有所下降，从而使得铸件易于成形，所以不管是自由锻件或模锻件，都应先进行预加热。第三种方法是将模具加热到200-50摄氏度，然后在装配模具上进行制造，但是因为这个模具的装配时间太久，导致了模具的温度降低。为了将模具的温度维持在200-50摄氏度，可设计专用预热铁，模具升温至200~50°C，再组装，用预先加热铁片，不中断预热10 min，再铸造一次，这样，模具的温度才能得到有效的保障，降低由于坯料表面激冷而产生的变形问题，利于确保坯料金属良好地充填模具型槽。
3.3调整润滑剂涂刷方法
由于钛合金和刀具的摩擦系数高，在铸造时出现了较大的黏膜现象，所以需要在模具上涂抹玻璃润滑油，但是由于使用过量的润滑油会造成铸件局部不填充。原来的加工工艺是使用刷涂的润滑，但是这种方法很难确保涂料的均一化，当涂料的厚度在0.2 mm以下时无法达到良好的平滑，当涂料厚度超过0.5 mm时，就会在模具内部形成沉积，从而使浇口的圆角区域充满。为了保证涂料的均匀性，可以使用喷枪进行润滑，同时要求在使用之前要充分混合润滑油，以防止沉积物的不均匀性，涂料的厚度一般在0.2-0.5 mm之间。
4试制验证
为了检验以上方法的正确性，对方案3进行改进，试制出四种铸件，并且所有铸造都经过综合检查。检验报告表明：铸造面无泄漏，尺寸符合要求；铸造流线正常、组织良好，不存在冶金缺陷并满足冶金规范要求；铸造时常温拉伸和高温拉伸、疲劳试验及其他力学指标均满足规范要求，铸件力学性能检测结果如表 1 所示。
结论
经过工艺实验和生产实践证明，这种新型的拉伸杆锻造是在4英寸水平锻造机上进行的，其起始温度为920℃±10℃，终锻温度为850℃。TC4特钛合金由于其具有较高的抗拉强度和较小的锻造温度范围，因此可以通过缩短铸锭转移时间，改善模具预热方式，调整润滑剂喷涂方式等来改善其性能。
参考文献
[1]李大为,李家瑞,李锋,等.航空发动机高原起动性能改善措施[J].航空发动机,2020,46(2):47-50.
[2]沈浩,韩冰冰,张丽芬.航空发动机中冰晶结冰的研究进展[J].实验流体力学,2020,34(6):1-7.
[3]刘闯,陈国栋,黄福增,等.航空发动机机匣包容性试验研究[J].航空发动机,2020,46(3):71-76.
[4]刘文龙,王科,王丹丹,等.航空发动机高压轴止推轴承载荷分析[J].航空发动机,2020,46(5):1-5.