一种确定TC17钛合金整体叶盘跨β锻造工艺参数的方法

技术领域

本发明涉及钛合金整体叶盘锻造技术领域，具体是一种确定TC17钛合金整体叶盘跨β锻造的工艺参数的方法。

背景技术

TC17是一种的近β型两相钛合金，其名义成分为Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr(wt.％)，具有密度小、比强度高、热稳定性好、疲劳性能优异等综合性能，已大量用于我国高性能航空发动机盘件的制备。整体叶盘结构是将轮盘和叶片设计为一个整体，去除了榫头、榫槽、锁紧等链接装置，不仅可以有效减重，而且能够避免气流损失，提高了气动效率。整体叶盘包括风扇整体叶盘和压气机整体叶盘，目前，通过跨β锻造制备的TC17钛合金整体叶盘已广泛应用于我国高性能航空发动机的风扇盘及1～3级压机盘。

钛合金整体叶盘为发动机中的转动部件，需要在高温、高压、高转速、高负荷的恶劣环境下长期工作，对其性能要求较高，为达到其强度、塑性、热稳定、韧性、疲劳等综合性能要求，普遍采用跨β锻造的方式制备TC17钛合金整体叶盘。而跨β锻造过程中的温度和速度设置都对组织和性能有重要影响，为了满足高标准的性能指标，要求其锻后的组织形貌具有以下特征：原始β晶粒沿盘件径向拉长、使该β晶粒的长宽比范围为2:1～5:1，尽量减少β晶粒再结晶，晶界α相不连续，呈断续、弯折分布，晶内α相为编织良好的网篮组织。为达到以上组织标准，在制定了TC17钛合金整体叶盘锻造工艺标准中，将锻件有效区等效应变分布于0.6～1.7之间，相变点以上的等效应变范围为0.4～1.2，相变点以下的等效应变范围为0.2～0.5。然而，由于TC17钛合金加工窗口较窄，在较窄的加工窗口内准确控制盘件各部位相变点上下的应变分配值、获得合理的组织形态是非常困难的，采用传统的试验试错法将消耗大量的经济成本及时间成本。有限元数值模拟技术的发展为锻造工艺参数的优化提供了一种有效途径，不仅可以大量减少反复试错带来的经济、时间成本，而且能够实时监控锻造过程中的金属流动、应变变化、温度变化情况，为锻造工艺参数的制定提供指导。

在公开号为“CN 114818437 A”的发明创造中公开了一种“钛合金整体叶盘等温锻造工艺的优化方法”。该方法建立了TC17钛合金不同组成相对流动应力影响的本构模型，将建立的本构模型导入三维有限元数值模拟软件中，在不同锻造温度、锻造速度、压下量和摩擦因子条件下进行预锻件和终锻件数值模拟，得到预锻件和终锻件的应力场、应变场和温度场的分布影响模拟图，优化出等温锻造的工艺参数，该方法提高了TC17钛合金整体叶盘应力场、应变场、温度场和载荷等宏观工艺参数计算结果的精度。但是，该方法的数值模拟过程创新主要是本构模型的建立，并未涉及工艺参数如何优化。专利授权公告号为“CN110976747 B”的国家发明专利公开了“一种β锻锻造TC17合金整体叶盘的方法”。该方法是通过机械加工制备具有异形截面的荒型，使最终模锻过程锻件各个部位都能达到50％至70％的变形量，从而有效的细化原始β晶粒尺寸。然而，该方法没有涉及到变形量在相变点上下的分配情况以及如何控制相变点上下的分配。在公开号为“CN 113510207 A”的发明创造中公开一种“TC17钛合金大尺寸变截面整体叶盘锻件制作方法”。该方法使用仿真模拟设计出最佳理论锻件毛坯和最佳理论荒坯；根据最佳理论锻件毛坯设计终锻模具，根据最佳理论荒坯设计预锻模具。该方法使得整体叶盘锻件的变形量和均匀性得到提高，有效变形范围得到扩大，提高材料利用率。但是，该方法没有涉及锻件的应变分布、相变点上下的应变分配值及控制方法。专利授权号为“CN 112024800 B”的国家发明专利公开了“一种大型TC17钛合金整体叶盘锻件β热模锻造成形的方法”。该方法将TC17钛合金棒材依次进行自由锻制坯、β热模锻和热处理，通过调整处理工艺参数，进一步细化β锻组织，改善锻件整体组织均匀性，得到综合性能匹配良好的组织类型，保证性能一致性。但是该方法没有涉及锻件的应变分布、相变点上下的应变分配值及控制方法。在公开号为“CN 113369428 A”的发明创造中公开了“一种大尺寸TC17钛合金β锻整体叶盘锻件制备方法”。该方法通过对TC17钛合金整体叶盘β锻过程中预制坯的加热方式、模具和坯料润滑以及锻后冷却方式的优化，获得充型良好的大尺寸整体叶盘锻件，锻件各部位显微组织均匀、抗拉强度满足设计要求、强韧性匹配优异。然而，该方法并未涉及锻件各部位在相变点上下的应变分配值及控制方法。2019年西北工业大学博士学位论文“TC17合金整体叶盘β等温锻造关键技术及工程应用”报道了采用有限元模拟对TC17合金整体叶盘进行预制坯设计，制定了整体叶盘锻件应变分布均匀，应变范围为0.7～2.0。但是，该论文仅对预制坯形状进行优化以满足应变分布的要求，没有涉及到锻件各部位在相变点上下的应变分配值及控制方法。《热加工工艺》期刊于2016年9月第45卷第17期发表了“TC17合金整体叶盘等温β锻工艺研究”的论文，该论文报道了TC17合金整体叶盘终锻时的总等效应变大于0.7，并保证坯料在相变点上下均有变形，获得显微组织中不允许有粗大、连续或网状的晶界α相，初生β晶粒压扁变形，晶界α相变形、不连续，晶内针状α相长宽比不低于10:1。但是，该论文仅仅定性描述了锻件应在相变点上下均有变形，没有涉及到相变点以上和以下具体的应变范围，以及如何控制相变点上下的应变分配值。《钛工业进展》期刊于2021年6月第38卷第3期发表了“TC17合金盘件的β锻造工艺优化”的论文，该论文报道了采用有限元模拟技术优化TC17合金预制坯形状，消除锻件中的高应变带和低应变区，改善盘锻件的变形均匀性，提高组织均匀性，改善力学性能。然而，该论文仅对预制坯形状进行了优化，改善了锻件的变形均匀性，没有涉及到锻件各部位在相变点上下的应变分配值及控制方法。《锻压技术》期刊与2017年6月第42卷第6期发表了“TC17合金整体叶盘等温锻造过程数值模拟及工艺参数影响”的论文，该论文采用有限元模拟软件Deform-2D对TC17钛合金整体叶盘锻件的等温β模锻过程进行数值模拟，根据有限元模拟结果对锻件的荒坯尺寸及工艺参数进行优化，当应变达到0.75时，整体叶盘的强度、塑性及断裂韧性实现理想匹配。但是该论文仅对预制坯形状进行优化，使得最终锻件各部位的应变达到0.75以上，没有涉及到锻件各部位在相变点上下的应变分配值及控制方法。以上各专利和论文中提出的技术方案都没有包含锻件各部位在相变点上下的应变分配值及控制方法，这将导致TC17钛合金整体叶盘各部位的微观组织形貌控制困难，并进一步影响力学性能的稳定性。

发明内容

为克服现有技术中存在的在锻造过程中TC17合金整体叶盘各部位在相变点上下的应变分配值不明确、控制方法不清楚、合理的组织形态无法有效控制的不足，本发明提出供了一种确定TC17钛合金整体叶盘跨β锻造的工艺参数的方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，制定TC17钛合金整体叶盘跨β锻造的优化目标：

所述有限元数值模拟优化目标是整体叶盘锻件的轴截面各部位的等效应变位于0.6～1.7的范围内，相变点以上的等效应变范围为0.4～1.2，相变点以下的等效应变范围为0.2～0.5。

所述整体叶盘锻件的轴截面为沿着整体叶盘高度方向、过圆心的截面。由于整体叶盘属于轴对称结构，任一轴截面上的等效应变分布都能够代表整体叶盘的等效应变分布。

步骤2，绘制TC17钛合金整体叶盘的模具及坯料图：

所述模具为轴对称结构，在模拟过程中，任一轴截面的等效应变和温度变化都能代表整个模具；所述坯料为轴对称结构，在模拟过程中，任一轴截面的等效应变和温度变化都能代表TC17钛合金风扇整体叶盘；分别绘制该模具及坯料的二维图。

步骤3，TC17钛合金整体叶盘的有限元数值模拟：

进行TC17钛合金整体叶盘的有限元数值模拟，并导出得到的整体叶盘的等效应变分布图和各部位的等效应变和温度变化历史数据。

将绘制的模具的模拟文件和坯料的模拟文件依次导入有限元数值模拟软件中；设置模拟初始参数，包括模具温度、坯料温度、锻造速度；

采用剪切摩擦模型，摩擦系数为0.3，传热系数为5N/sec/mm/℃。进行TC17钛合金风扇整体叶盘的有限元数值模拟，得到并导出整体叶盘的等效应变分布图和P1～P13点的等效应变和温度变化历史数据。

所述的模具温度为该TC17钛合金的相变点以下10～80℃；所述的坯料温度为该TC17钛合金的相变点以上10～60℃；所述的锻造速度小于等于5mm/s。

所述的整体叶盘的等效应变分布图是有限元数值模拟获得的整体叶盘轴截面上等效应变的二维图；所述整体叶盘各部位为整体叶盘轮盘和叶身部位的位置点，位置点选取按常规方法在整体叶盘上均匀选取；所述等效应变和温度变化历史数据为从锻造开始到结束的整个过程中等效应变和温度的变化数据。

步骤4，计算各部位在相变点以上和以下的应变分配值：

依据导出的各部位的等效应变和温度变化历史数据，以该TC17钛合金相变点为界，将等效应变变化的历史数据分为相变点以上的应变及相变点以下的应变两部分。

所述的相变点以上的应变和相变点以下的应变分别代表在该TC17钛合金在相变点以上的变形程度和在相变点以下的变形程度。

步骤5，优化锻造参数：

所述锻造参数包括模具温度、坯料温度和锻造速度。

将模拟获得的TC17钛合金整体叶盘的等效应变及各部位在相变点以上和以下的应变分别与有限元数值模拟优化目标进行对比；

若各所述等效应变均在所述优化目标的范围内，则所述模具温度、坯料温度和锻造速度满足要求；若各所述等效应变有不在所述优化目标的范围内的，则认为所述模具温度、坯料温度和锻造速度不满足要求，调整模具温度、坯料温度和锻造速度，得到新的模具温度、坯料温度和锻造速度。

重复步骤3，利用所述新的模具温度、坯料温度和锻造速度重新进行TC17钛合金整体叶盘的有限元数值模拟，得到新的整体叶盘的等效应变分布图和各部位的等效应变和温度变化历史数据。

重复步骤4，计算新的各部位在相变点以上和以下的应变分配值，并将得到的新的各部位在相变点以上和以下的应变分配值分别与所述优化目标进行对比，并根据对比结果判断所述模具温度、坯料温度和锻造速度是否满足要求。

若对比结果证明所述模具温度、坯料温度和锻造速度满足要求，则进入下一步骤；反之，继续调整所述模具温度、坯料温度和锻造速度，并重复步骤3和步骤4，直至所述模具温度、坯料温度和锻造速度满足要求。

当各所述等效应变均在所述优化目标的范围内时，得到的当前模具温度值、坯料温度值和锻造速度值即为优化后的锻造参数。

在调整模具温度、坯料温度和锻造速度时，

所述模具温度为TC17钛合金的相变点以下10～80℃，每次调整的步长为5℃；所述的坯料温度为TC17钛合金的相变点以上10～60℃，每次调整的步长为5℃；所述的锻造速度≤5mm/s，并以0.5mm/s的步长进行调整。

调整时进行单变量调整，或者进行两变量或者三变量调整，调整原则为：当相变点以上的应变大于优化目标范围或者相变点以下的应变小于优化目标范围时，则降低模具温度，或者提高坯料温度，或者降低锻造速度。当相变点以上的应变小于优化目标范围或者相变点以下的应变大于优化目标范围时，则升高模具温度，或者降低坯料温度，或者增加锻造速度。

为验证本发明的效果，使用该工艺参数进行TC17钛合金整体叶盘锻造，并进行整体叶盘的微观组织观察，进行整体叶盘的力学性能测试。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：

本发明操作方便、可操作性好，能够实时监控锻造过程中的金属流动、应变变化、温度变化情况，发现存在的问题并针对性地进行工艺调整，可以缩短工艺开发周期，降低工艺开发成本，提高整体叶盘质量。本发明通过有限元数值模拟获得TC17钛合金整体叶盘成型后的应变和温度分布情况，整体叶盘各部位的等效应变位于0.6～1.7之间，可以使得原始β晶粒沿整体叶盘半径方向拉长至长宽比在2:1～5:1的范围内。通过有限元模拟得到的整体叶盘各部位的应变和温度变化历史，以TC17钛合金的相变点为界限，分别计算整体叶盘各部位在相变点以上和以下的应变。相变点以上的等效应变范围为0.4～1.2，这保证了在α相析出前，β晶粒和晶界产生变形，β晶粒被拉长，晶界成弯折状，而0.4～1.2范围内的应变不足以使β晶粒发生大量再结晶，β再结晶晶粒没有或者很少；相变点以下的等效应变范围为0.2～0.5，这使得β晶粒继续承受变形、被拉长，优先析出的晶界α相在弯折的晶界上呈弯折、不连续状分布，而随后析出的晶内α相几乎不产生变形，保持网篮结构。本发明对TC17钛合金整体叶盘在锻造中各部位的等效应变在相变点以上和以下的分配值范围作出了明确规定，并提出了使用有限元数值模拟对TC17钛合金整体叶盘各部位的等效应变在相变点以上和以下分配值的控制方法。本发明制备的TC17钛合金整体叶盘组织特征表现为原始β晶粒沿盘件径向拉长至2:1以上、没有或者很少的β再结晶晶粒、晶界α相不连续、晶内α相呈网篮结构，力学性能优异，满足指标要求。

本发明操作简便、可操作性强，能够缩短工艺开发周期，降低工艺开发成本，提高整体叶盘质量，满足组织和性能要求。

附图说明

图1为某TC17风扇整体叶盘锻件各部位的等效应变分布图及取样点位置；其中A为等效应变为0的等高线，B为等效应变为0.167的等高线，C为等效应变为0.333的等高线，D为等效应变为0.5的等高线，E为等效应变为0.667的等高线，F为等效应变为0.833的等高线，G为等效应变为1.0的等高线，H为等效应变为1.17的等高线，I为等效应变为1.33的等高线，J为等效应变为1.5的等高线，K为等效应变为1.67的等高线，L为等效应变为1.83的等高线，M为等效应变为2.0的等高线，N为等效应变为2.17的等高线，O为等效应变为2.33的等高线，P为等效应变为2.5的等高线；P1～P13点分别为后续进行等效应变和温度变化历史分析的取样点。

图2为某TC17风扇整体叶盘锻件P1～P13点的等效应变变化历史。

图3为某TC17风扇整体叶盘锻件P1～P13点的温度变化历史。

图4位某TC17风扇整体叶盘锻件的微观组织形貌；其中图4a为P1点的微观组织，图4b为P2点的微观组织，图4c为P4点的微观组织，图4d为P5点的微观组织，图4e为P12点的微观组织，图4f为P13点的微观组织。

图5为某TC17压气机整体叶盘锻件各部位的等效应变分布图及取样点位置；其中A为等效应变为0的等高线，B为等效应变为0.25的等高线，C为等效应变为0.5的等高线，D为等效应变为0.75的等高线，E为等效应变为1.0的等高线，F为等效应变为1.25的等高线，G为等效应变为1.5的等高线，H为等效应变为1.75的等高线，I为等效应变为2.0的等高线，J为等效应变为2.25的等高线，K为等效应变为2.5的等高线；P1～P12点为后续进行等效应变和温度变化历史分析的取样点。

图6为某TC17压气机整体叶盘锻件P1～P12点的等效应变变化历史。

图7为某TC17压气机整体叶盘锻件P1～P12点的温度变化历史。

图8位某TC17压气机整体叶盘锻件的微观组织形貌；其中图8a为P1点的微观组织，图8b为P2点的微观组织，图8c为P3点的微观组织，图8d为P5点的微观组织，图8e为P9点的微观组织，图8f为P11点的微观组织。

图9是本发明的流程图。

具体实施方式

本发明是一种确定TC17钛合金整体叶盘跨β锻造工艺参数的方法。所述整体叶盘包括风扇整体叶盘和压气机整体叶盘。

实施例1

本实施例是一种基于有限元数值模拟的某TC17钛合金风扇整体叶盘跨β锻造的工艺参数制定方法，具体过程是：

步骤1，制定TC17钛合金风扇整体叶盘跨β锻造的优化目标。

选择TC17钛合金风扇整体叶盘，根据具有良好综合力学性能的TC17钛合金整体叶盘的组织形貌要求：原始β晶粒沿盘件径向拉长，使该β晶粒的长宽比范围为2:1～5:1；该整体叶盘的组织形貌中没有或者很少有β再结晶晶粒，且晶界α相不连续，呈断续、弯折分布，晶内α相为编织良好的网篮组织。制定TC17钛合金风扇整体叶盘的有限元数值模拟优化目标。

所述有限元数值模拟优化目标是整体叶盘锻件的轴截面各部位的等效应变位于0.6～1.7的范围内，相变点以上的等效应变范围为0.4～1.2，相变点以下的等效应变范围为0.2～0.5。

所述整体叶盘锻件的轴截面为沿着整体叶盘高度方向、过圆心的截面。由于整体叶盘属于轴对称结构，任一轴截面上的等效应变分布都能够代表整体叶盘的等效应变分布。

步骤2，绘制TC17钛合金风扇整体叶盘的模具及坯料图。

按照TC17钛合金风扇整体叶盘跨β锻造的实际工况，结合TC17钛合金风扇整体叶盘模具和坯料都是轴对称的结构特点，使用Auto CAD绘图软件分别绘制模具及坯料的二维图，并导出.dxf文件格式。

所述模具为轴对称结构，在模拟过程中，任一轴截面的等效应变和温度变化都能代表整个模具，故绘制该模具的二维图；所述坯料为轴对称结构，在模拟过程中，任一轴截面的等效应变和温度变化都能代表TC17钛合金风扇整体叶盘，故绘制坯料的二维图。

步骤3，TC17钛合金风扇整体叶盘的有限元数值模拟。

进行TC17钛合金风扇整体叶盘的有限元数值模拟，导出并得到整体叶盘的等效应变分布图和各部位等效应变和温度变化历史数据。所述各部位是分布在等效应变分布图中的P1～P13点。

将绘制的模具的模拟文件和坯料的模拟文件依次导入Deform有限元数值模拟软件中；设置模拟初始参数，所述参数包括模具温度、坯料温度、锻造速度；所述的模具温度范围在该TC17钛合金的相变点以下10～80℃；所述的坯料温度范围在该TC17钛合金的相变点以上10～60℃；所述的锻造速度在小于等于5mm/s的范围内。

设置模具温度为该TC17钛合金相变点以下40℃，设置坯料温度为该TC17钛合金相变点以上20℃，设置锻造速度为1.5mm/s。按照常规方法，采用剪切摩擦模型，摩擦系数为0.3，传热系数为5N/sec/mm/℃。进行TC17钛合金风扇整体叶盘的有限元数值模拟，模拟完成后，得到并导出整体叶盘的等效应变分布图和P1～P13点的等效应变和温度变化历史数据。

所述的整体叶盘的等效应变分布图是有限元数值模拟获得的整体叶盘轴截面上等效应变的二维图；所述P1～P13点为整体叶盘轮盘和叶身部位的位置点，位置点选取按常规方法在整体叶盘上均匀选取；所述等效应变和温度变化历史数据为从锻造开始到结束的整个过程中等效应变和温度的变化数据。

步骤4，计算各部位在相变点以上和以下的应变分配值。

所述各部位是分布在等效应变分布图中的P1～P12点。

依据导出的P1～P13点的等效应变和温度变化历史数据，以该TC17钛合金相变点为界，将等效应变变化的历史数据分为相变点以上的应变及相变点以下的应变两部分。

所述的相变点以上的应变和相变点以下的应变分别代表在该TC17钛合金在相变点以上的变形程度和在相变点以下的变形程度。

步骤5，优化锻造参数。

所述参数包括模具温度、坯料温度和锻造速度。

将模拟获得的TC17钛合金风扇整体叶盘的等效应变及P1～P13点在相变点以上和以下的应变分别与有限元数值模拟优化目标进行对比；

若各所述等效应变均在所述优化目标的范围内，则所述模具温度、坯料温度和锻造速度满足要求；若各所述等效应变中有不在所述优化目标的范围内的，则认为所述模具温度、坯料温度和锻造速度不满足要求，调整模具温度、坯料温度和锻造速度，得到新的模具温度、坯料温度和锻造速度。

将所述新的模具温度、坯料温度和锻造速度。

重复步骤3，利用所述新的模具温度、坯料温度和锻造速度重新进行TC17钛合金风扇整体叶盘的有限元数值模拟，得到新的整体叶盘的等效应变分布图和P1～P13点的等效应变和温度变化历史数据。

重复步骤4，计算新的P1～P13点在相变点以上和以下的应变分配值，并将得到的新的P1～P13点在相变点以上和以下的应变分配值分别与所述优化目标进行对比，并根据对比结果判断所述模具温度、坯料温度和锻造速度是否满足要求。

若对比结果证明所述模具温度、坯料温度和锻造速度满足要求，则进入下一步骤；反之，继续调整所述模具温度、坯料温度和锻造速度，并重复步骤3和步骤4，直至所述模具温度、坯料温度和锻造速度满足要求。

所述的模具温度范围在该TC17钛合金的相变点以下10～80℃，每次调整的步长为5℃；所述的坯料温度范围在该TC17钛合金的相变点以上10～60℃，每次调整的步长为5℃；所述的锻造速度在小于等于5mm/s的范围内以0.5mm/s的步长进行调整。

调整时进行单变量调整，或者进行两变量或者三变量调整，调整原则为：当相变点以上的应变大于优化目标范围或者相变点以下的应变小于优化目标范围时，则降低模具温度，或者提高坯料温度，或者降低锻造速度。当相变点以上的应变小于优化目标范围或者相变点以下的应变大于优化目标范围时，则升高模具温度，或者降低坯料温度，或者增加锻造速度。

本实施例中，获得TC17钛合金风扇整体叶盘优化的锻造工艺参数为：模具温度为相变点以下30℃，坯料温度为相变点以上30℃，锻造速度为1mm/s。模拟获得的优化工艺锻造的TC17钛合金风扇整体叶盘轴截面上等效应变分布图如图1所示，P1～P13点的等效应变和温度变化历史数据分别如图2和图3所示，P1～P13点在相变点以上和以下的应变如表1所示。

表1为某TC17风扇整体叶盘锻件上的P1～P13点在相变点以上和以下的应变分配情况。

为验证工艺的合理性，使用该工艺参数进行TC17钛合金风扇整体叶盘锻造，并进行组织观察和性能测试，整体叶盘的微观组织如图4所示，整体叶盘的力学性能如表2所示。

表2为某TC17风扇整体叶盘锻件的力学性能测试结果：

实施例2

本实施例是一种基于有限元数值模拟的某TC17钛合金压气机整体叶盘跨β锻造的工艺参数制定方法，具体过程是：

步骤1，制定TC17钛合金压气机整体叶盘跨β锻造的优化目标。

选择TC17钛合金压气机整体叶盘，根据具有良好综合力学性能的TC17钛合金整体叶盘的组织形貌要求：原始β晶粒沿盘件径向拉长，使该β晶粒的长宽比范围为2:1～5:1；该整体叶盘的组织形貌中没有或者很少有β再结晶晶粒，且晶界α相不连续，呈断续、弯折分布，晶内α相为编织良好的网篮组织。制定TC17钛合金风扇整体叶盘的有限元数值模拟优化目标。

所述有限元数值模拟优化目标是整体叶盘锻件的轴截面各部位的等效应变位于0.6～1.7的范围内，相变点以上的等效应变范围为0.4～1.2，相变点以下的等效应变范围为0.2～0.5。

所述整体叶盘锻件的轴截面为沿着整体叶盘高度方向、过圆心的截面。由于整体叶盘属于轴对称结构，任一轴截面上的等效应变分布都能够代表整体叶盘的等效应变分布。

步骤2，绘制TC17钛合金压气机整体叶盘的模具及坯料图。

按照TC17钛合金压气机整体叶盘跨β锻造的实际工况，结合TC17钛合金压气机整体叶盘模具和坯料都是轴对称的结构特点，使用Auto CAD绘图软件分别绘制模具及坯料的二维图，并导出.dxf文件格式。

所述模具为轴对称结构，在模拟过程中，任一轴截面的等效应变和温度变化都能代表整个模具，故绘制该模具的二维图；所述坯料为轴对称结构，在模拟过程中，任一轴截面的等效应变和温度变化都能代表TC17钛合金压气机整体叶盘，故绘制坯料的二维图。

步骤3，TC17钛合金压气机整体叶盘的有限元数值模拟。

进行TC17钛合金风扇整体叶盘的有限元数值模拟，导出并得到整体叶盘的等效应变分布图和各部位等效应变和温度变化历史数据。所述各部位是分布在等效应变分布图中的P1～P12点。

将绘制的模具的模拟文件和坯料的模拟文件依次导入Deform有限元数值模拟软件中；设置模拟初始参数，所述参数包括模具温度、坯料温度、锻造速度；所述的模具温度范围在该TC17钛合金的相变点以下10～80℃；所述的坯料温度范围在该TC17钛合金的相变点以上10～60℃；所述的锻造速度在小于等于5mm/s的范围内。

设置模具温度为该TC17钛合金相变点以下50℃，设置坯料温度为该TC17钛合金相变点以上30℃，设置锻造速度为1.5mm/s。按照常规方法，采用剪切摩擦模型，摩擦系数为0.3，传热系数为5N/sec/mm/℃。进行TC17钛合金压气机整体叶盘的有限元数值模拟，模拟完成后，得到并导出整体叶盘的等效应变分布图和P1～P12点的等效应变和温度变化历史数据。

所述的整体叶盘的等效应变分布图是有限元数值模拟获得的整体叶盘轴截面上等效应变的二维图；所述P1～P12点为整体叶盘轮盘和叶身部位的位置点，位置点选取按常规方法在整体叶盘上均匀选取；所述等效应变和温度变化历史数据为从锻造开始到结束的整个过程中等效应变和温度的变化数据。

步骤4，计算各部位在相变点以上和以下的应变分配值。

所述各部位是分布在等效应变分布图中的P1～P12点。

依据导出的P1～P12点的等效应变和温度变化历史数据，以该TC17钛合金相变点为界，将等效应变变化的历史数据分为相变点以上的应变及相变点以下的应变两部分。

所述的相变点以上的应变和相变点以下的应变分别代表在该TC17钛合金在相变点以上的变形程度和在相变点以下的变形程度。

步骤5，优化锻造参数。

所述参数包括模具温度、坯料温度和锻造速度。

将模拟获得的TC17钛合金压气机整体叶盘的等效应变及所述P1～P12点在相变点以上和以下的应变分别与有限元数值模拟优化目标进行对比；

若各所述等效应变均在所述优化目标的范围内，则所述模具温度、坯料温度和锻造速度满足要求；若各所述等效应变中有不在所述优化目标的范围内的，则认为所述模具温度、坯料温度和锻造速度不满足要求，调整模具温度、坯料温度和锻造速度，得到新的模具温度、坯料温度和锻造速度。

将所述新的模具温度、坯料温度和锻造速度。

重复步骤3，利用所述新的模具温度、坯料温度和锻造速度重新进行TC17钛合金风扇整体叶盘的有限元数值模拟，得到新的整体叶盘的等效应变分布图和P1～P13点的等效应变和温度变化历史数据。

重复步骤4，计算新的P1～P12点在相变点以上和以下的应变分配值，并将得到的新的P1～P12点在相变点以上和以下的应变分配值分别与所述优化目标进行对比，并根据对比结果判断所述模具温度、坯料温度和锻造速度是否满足要求。

若对比结果证明所述模具温度、坯料温度和锻造速度满足要求，则进入下一步骤；反之，继续调整所述模具温度、坯料温度和锻造速度，并重复步骤3和步骤4，直至所述模具温度、坯料温度和锻造速度满足要求。

所述的模具温度范围在该TC17钛合金的相变点以下10～80℃，每次调整的步长为5℃；所述的坯料温度范围在该TC17钛合金的相变点以上10～60℃，每次调整的步长为5℃；所述的锻造速度在小于等于5mm/s的范围内以0.5mm/s的步长进行调整。

调整时进行单变量调整，或者进行两变量或者三变量调整，调整原则为：当相变点以上的应变大于优化目标范围或者相变点以下的应变小于优化目标范围时，则降低模具温度，或者提高坯料温度，或者降低锻造速度。当相变点以上的应变小于优化目标范围或者相变点以下的应变大于优化目标范围时，则升高模具温度，或者降低坯料温度，或者增加锻造速度。

本实施例中，获得TC17钛合金压气机整体叶盘优化的锻造工艺参数为：模具温度为相变点以下40℃，坯料温度为相变点以上30℃，锻造速度为0.5mm/s。模拟获得的优化工艺锻造的TC17钛合金压气机整体叶盘轴截面上等效应变分布图如图5所示，P1～P12点的等效应变和温度变化历史数据分别如图6和图7所示，P1～P12点在相变点以上和以下的应变如表3所示。

表3为某TC17压气机整体叶盘锻件上的P1～P12点在相变点以上和以下的应变分配情况：

为验证工艺的合理性，使用该工艺参数进行TC17钛合金压气机整体叶盘锻造，并进行组织观察和性能测试，整体叶盘的微观组织如图8所示，整体叶盘的力学性能如表4所示。

表4为某TC17压气机整体叶盘锻件的力学性能测试结果：