等溫鍛造與超塑性成形的工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容大體上與常規(guī)熱鍛類似，主要包括鍛件圖設(shè)計(jì)、坯料設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、潤滑防護(hù)、成形工藝（成形溫度、成形速度、成形載荷等）參數(shù)設(shè)計(jì)。以下重點(diǎn)介紹與普通熱鍛工藝設(shè)計(jì)的區(qū)別和某些需要特別強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容。

（1)鍛件圖設(shè)計(jì)：鍛件圖的設(shè)計(jì)是成形工藝的關(guān)鍵，它與零件圖的差別確定了精密成形的程度和后續(xù)機(jī)加工的余量，也決定了鍛造工藝的難易程度。如前所述，等溫鍛造和超塑性成形的特殊條件提高了金屬的塑性和變形能力，降低了變形抗力，特別是極大改善了材料對模具細(xì)節(jié)形狀的填充能力，因此等溫鍛造與超塑性成形的鍛件圖要比常規(guī)熱鍛鍛件圖精密許多，

（2)模具設(shè)計(jì)：包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模膛設(shè)計(jì)，鍛件圖設(shè)計(jì)是模具模膛設(shè)計(jì)的幾何基礎(chǔ)。

（3)坯料設(shè)計(jì)：包括坯料的形狀設(shè)計(jì)和組織性能設(shè)計(jì)。當(dāng)模具設(shè)計(jì)以后，坯料的形狀和組織 性能決定了鍛件各位置的變形分布以及微觀組織與性能的分布，也決定了模具填充的難易和出 現(xiàn)各類缺陷的可能性，當(dāng)然也決定了成形載荷曲線的形態(tài)等。因此利用鍛造工藝數(shù)值模擬技術(shù) 進(jìn)行坯料優(yōu)化對優(yōu)質(zhì)鍛件成形具有重要意義。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了精密成形，所以等溫鍛造和超塑性成知激利形的毛坯重量要比常規(guī)熱鍛的小得多；為了獲得均勻等軸細(xì)晶，用于超塑性成形的毛坯要經(jīng)過晶粒細(xì)化處理。

成形溫度是等溫鍛造和超塑性成形工藝中的最重要的工藝參數(shù)。原則上超塑性成形的溫度粒細(xì)化預(yù)處理。必須是鍛件材料的超塑性溫度，但是這個(gè)溫度不是一個(gè)固定的數(shù)，而是一個(gè)隨鍛件材料晶粒度和應(yīng)變速率變化的溫度范圍.在實(shí)際鍛造過程中，由于鍛件各部位應(yīng)變速率的不均勻性以及鍛件內(nèi)各處晶?？赡艹霈F(xiàn)的變化，所選擇的一個(gè)成形溫度不可能與工件各部位的最佳超塑性溫度都相等，與其最佳超塑性溫度差別越小，其超塑性能越好。因此在設(shè)計(jì)超塑性成形溫度時(shí)應(yīng)參考坯料的初始晶粒度以及相應(yīng)的應(yīng)變速率，盡量使所選擇的成形溫度與材料的實(shí)際情況相適應(yīng)，以獲得盡量好的超塑性效果。

等溫鍛造沒有規(guī)定成形溫度的選擇規(guī)則，但是所選擇的這個(gè)成形溫度首先應(yīng)該在鍛造溫度

范圍之內(nèi)。在這個(gè)原則下，應(yīng)該考慮鍛件的組織性能要求，例如對于鈦合金零件，要求鍛件為等軸晶組織則需要在a+B溫度區(qū)鍛造，如果要求鍛件為網(wǎng)籃組織（參見本叢書的《特種合金及其鍛造》的第三章）則應(yīng)在B溫度區(qū)鍛造。成形溫度的選擇還應(yīng)考慮坯料的微觀組織與熱處理狀態(tài)，如果坯料為粗晶組織，而鍛件要求細(xì)晶組織，則應(yīng)根據(jù)材料熱鍛變形組織演化規(guī)律，選擇適合的溫度和應(yīng)變速率，促進(jìn)鍛件內(nèi)部發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和晶粒細(xì)化，獲得所需要的鍛件組織，如果成形 溫度過高則可能發(fā)生晶粒長大，這會(huì)造成因組織不合格報(bào)廢整個(gè)鍛件，同樣，如果所選擇的溫度 過低或應(yīng)變速率過高，雖然再結(jié)晶晶粒很細(xì)，但是這種情況下會(huì)因完成動(dòng)態(tài)再結(jié)晶所需變形過 大，使大部分區(qū)域的再結(jié)晶不能完成，從而形成混晶缺陷。另外成形溫度的選擇特別要參考材料 塑性隨溫度的變化規(guī)律。要盡量選擇材料塑性較高的溫度作為成形溫度，忽略這一點(diǎn)有可能出 現(xiàn)鍛造開裂的缺陷。最后一點(diǎn)就是要參考模具材料選擇和成形的經(jīng)濟(jì)成本。

（4)成形速度：超塑性成形要求成形速度滿足鍛件材料的最佳應(yīng)變速率。首先因?yàn)槌尚芜^程 中鍛件各處的應(yīng)變速率差別很大，這可以從任何一個(gè)鍛造工藝數(shù)值模擬的應(yīng)變速率分布云圖中 看出。例如在模具接觸區(qū)應(yīng)變速率可以在0.001/s以下，而某些大變形區(qū)，應(yīng)變速率可以達(dá)到 1.0/s以上，所以企圖通過選擇一個(gè)上模塊下行的速度來滿足鍛件內(nèi)部各點(diǎn)的超塑性應(yīng)變速率是 不可能的。現(xiàn)在甚至還流行一個(gè)計(jì)算上模塊下滑速度0的公式：0=Hé,其中H為坯料的高度，é為材料最佳超塑性應(yīng)變速率。這里必須強(qiáng)調(diào)，該式來源于計(jì)算柱體鐓粗變形時(shí)的初始應(yīng)變速 率公式：＝0/H,該式假定柱體鐓粗變形時(shí)兩端無摩擦，即柱體變形沿軸向均勻。對于一般柱體 鐓粗情況，其中的應(yīng)變速率僅僅描述了柱體變形快慢的平均效果，柱體高徑比越小，此公式與實(shí) 際誤差越大。因此將此公式用于模鍛，充其量只能估計(jì)坯料高徑比較大時(shí)鍛造早期階段的平均應(yīng)變速率。即使如此，所計(jì)算出的應(yīng)變速率與實(shí)際應(yīng)變速率可能相差甚遠(yuǎn)；更不用說鍛件變形以 填充模具為主的鍛造后期了。但是到目前為止，還沒有一個(gè)簡單公式可以計(jì)算合適的成形速度，為此建議應(yīng)用鍛造工藝數(shù)值模擬工具，先設(shè)定一個(gè)上模速度進(jìn)行工藝模擬，然后察看應(yīng)變速率分 布圖，看其主變形區(qū)中最大應(yīng)變速率是否與鍛件材料的最佳應(yīng)變速率接近，如果兩者差別太大則適當(dāng)調(diào)整上模速度，重復(fù)這一操作，直到兩者基本接近為止。應(yīng)該說這是解決問題的粗糙方法，注意不要用主變形區(qū)的最低應(yīng)變速率與材料最佳超塑性應(yīng)變速率比較，因?yàn)闊o法提高模具接 觸區(qū)應(yīng)變速率。除此之外，還應(yīng)考慮到，對于那些沒有專門程序控制速度的普通液壓機(jī)，其滑塊 速度隨成形載荷而下降，這給控制鍛件應(yīng)變速率增加了額外的困難。應(yīng)該說一般材料變形特征 對變形速率的敏感性遠(yuǎn)低于對溫度的敏感性，即使超塑性的應(yīng)變速率范圍也有2個(gè)數(shù)量級左右，因此對成形速度的要求可適當(dāng)放寬。對于大多數(shù)材料，可以通過計(jì)算機(jī)控制使工件各處的應(yīng)變 速率在 10-*s 1~10~'s”范圍內(nèi)，當(dāng)毛坯料的晶粒度在10gm以下時(shí)，可以將應(yīng)變速率最大值提高到10~"s”左右。

（5)潤滑劑：在2.4.4節(jié)已經(jīng)就潤滑防護(hù)的問題作了詳細(xì)討論，這里再次提起是為了強(qiáng)調(diào)其潤滑的作用，應(yīng)該選擇摩擦系數(shù)盡量小的潤滑劑，一般摩擦系數(shù)應(yīng)不大于0.1.