钛合金无模碾压技术进展及产业化分析

无模碾压技术在发动机用双性能涡轮盘成形方面具有特色优势，并广泛应用于高温合金、钛合金、轻合金和钢类等大型复杂盘件的加工成形。

盘件无模碾压技术及设备在20世纪90年代首先由俄罗斯科学院乌法超塑性问题研究所发明，技术亮点在于取代大型压机和节约模具成本，当时可成形φmm钛合金的涡轮盘并已用于燃汽轮机；后由美国GE公司出资支持的相关研究证明该备可成形出形状复杂，微观组织分布和力学性能良好的钛合金涡轮盘。但因其技术保密，迄今尚未查到他们的工艺和设备研究报告，也未见其成形出高温合金涡轮盘的相关研究成果。

国内机械科学研究总院从年开始跟踪这项技术，相关人员做了大量基础研究工作，金泉林团队终于在年研制出一台小型碾压试验设备样机，但当时只能在室温下成形直径不大于φmm的铅盘。年该团队对原设备进行数控改造并增加了加热系统，从而实现合金盘件的数控碾压成形，并取得了一些如何控制微观组织分布的工艺设计成果。

年金泉林等采用温控高频感应加热设备解决了高温不足的问题，为避免与碾压头干涉，感应线圈只能套在盘件两端，由此形成了盘心低温区和盘缘高温区的不均匀温度场。对于钛合金恰好形成了双相区成形的局面(盘心α+β相细晶，盘缘β相粗晶)，与双性能涡轮盘指标不谋而合，由此设计者放弃初对碾压工艺等温超塑成形的提法，转而提出非均匀温度场+双性能成形的工艺特色，并通过对TC4试验样件的解剖分析，取得了不同组织分布的效果。

但在尝试碾压高温合金材料时，设备表现出能力不足。此外，在允许的锻造温度之上进行反复碾压成形的方法缺乏研究价值，无法开展深入的高温合金碾压成形机理和工艺研究。因此，目前国内无模碾压技术和设备仍处于基础研究阶段。

随着我国MN、MN模锻压机、MN垂直挤压机、MN等温锻压机等大型设备陆续服役，钛合金和高温合金整体锻造成形的吨位瓶颈已经解决，如年直径为2m重达6t的高温合金涡轮盘已在中国第二重型机械集团公司MN模锻压机上研制成功。

在降低设备载荷和无模化成形方面，5年宝钢在40MN快锻机上采用分区锻造法，锻造出直径2m的GH燃机轮机盘；

8年，贵州安大采用非矩形截面锥辊在5MN辗环机上成形出直径2m的不锈钢燃机轮机盘，并轧制出对称、非对称的空心或实心盘件；

西北工业大学近年来应用ACDR摆辗技术展开了大型盘件成形的探索研究，以上新设备和工艺均对无模碾压技术产生极大冲击。碾压技术是基于“点”的连续成形，可通过调整碾头的转速和进给量，并配合温控系统实现对工件所有区域的微观组织柔性控制，从而达到“双性能”目标；而整体锻、分区锻和轧制等工艺为“面、线”成形，无法实现小局部组织控制。因此，试制一台大刚度和大载荷的中型设备样机，成形出具有双性能或者较佳性能的涡轮盘产品样件，证明该技术的可行性和先进性，从而实现其产业化道路，对于提高我国高性能涡轮盘制造水平及解决工艺瓶颈具有重要意义。

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