CN101733348A - 一种钛合金叶片的等温锻造方法 - Google Patents
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Abstract
一种钛合金叶片的等温锻造方法，按以下步骤进行：(1)在经过预锻的钛合金叶片毛坯表面涂覆润滑剂；将电热炉预热至叶片毛坯的变形温度；然后将叶片毛坯置于电热炉中，将叶片毛坯加热至叶片毛坯的变形温度；(2)将下模座固定在等温成型加热器中，将上下模具分别固定在上下模座上；(3)将等温成型加热器固定在液压机上，升温至900～930℃，保温至少3h；(4)叶片毛坯从电热炉中取出，放入等温成型加热器中的上下两个模具内，通过液压机进行锻造，当叶片毛坯尺寸达到要求时，控制液压机进行回程操作。本发明的方法获得的钛合金叶片毛坯精度满足技术要求，力学性能明显提高。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种钛合金叶片的等温锻造方法。
背景技术
钛合金叶片的制备过程一般需要经过制坯、预锻和终锻，终锻中通常采用普通锻造的方法，锻造时模具与毛坯的温度相差较大，毛坯在变形过程中由于模具吸热导致温度下降，并且模具没有较好的固定方式，容易使毛坯在模具内产生位移，制备出的叶片余量大，组织性能难以满足更高的技术要求；目前部分叶片采用国内的技术无法制备，通常要进口国外叶片。因此要提高钛合金叶片的精度、性能是要解决的首要问题。
发明内容
针对现有的钛合金叶片锻造技术中的问题，本发明提供一种钛合金叶片的等温锻造方法。
本发明的等温锻造方法按以下步骤进行：
1、在经过预锻的钛合金叶片毛坯表面涂覆润滑剂，润滑剂厚度为0.3～0.5mm；将电热炉预热至叶片毛坯的变形温度；然后将叶片毛坯置于电热炉中，将叶片毛坯加热至叶片毛坯的变形温度。
2、将下模座固定在等温成型加热器中，将上下模具分别固定在上下模座上，模具与模座基准面的配合间隙≤0.5mm。
3、将等温成型加热器固定在液压机上，通过等温成型加热器将上下模具和上下模座升温至900～930℃，保温至少3h。
4、将叶片毛坯从电热炉中取出，放入等温成型加热器中的上下两个模具内，要求叶片从电热炉中取出到放入模具内的时间少于15s；通过液压机进行锻造，液压机工作压力为0.2～0.5MPa，液压机的下行速度为0.1～0.2mm/s，当叶片毛坯尺寸达到要求时，控制液压机进行回程操作。
上述的润滑剂为玻璃润滑剂。
上述的承击垫板材质为铸造材料K403。
上述的模具材质为铸造材料K403。
上述锻造方法中，锻造时通过承击垫板调节锻造精度，承击垫板的设置方法为：在上下模具之间设置承击垫板，承击垫板与下模具固定在一起，当锻造开始时，承击垫板的上端面与上模具之间有间隙，当叶片毛坯尺寸达到要求时，承击垫板的上端面与上模具接触，此时液压机在承击垫板的抗力作用下减缓下行速度，承击垫板分担了锻造设备的压力，叶片毛坯不再受压变形，进而保证了叶片的精度。承击垫板上端面与上模具之间的间隙尺寸精度为0.01～0.08mm。
上述方法中，上下模具分别与上下模座采用螺栓固定，下模座与加热设备之间采用螺栓固定，承击垫板与下模具之间采用螺栓固定。
本发明的锻造方法利用液压机成型慢的特点，结合钛合金在一定温度和慢应变速率下呈现极好的塑性这一原理，采用等温锻造技术，解决了目前钛合金叶片锻造过程中叶片余量大，组织性能不够好等问题。采用等温成形工艺，可使钛合金的变形温度降低50～200℃，同时使变形抗力显著降低(仅为常规锻造成形变形抗力的1/5～1/10)；形变材料变形温度的降低以及表面玻璃防护涂层的使用，可大大提高叶片的表面质量。
通过在锻造时将模具保持在叶片毛坯的变形温度(950±10℃)，使叶片毛坯在变形过程中不会降温，变形条件可以看作近似等温，从而有效降低了叶片毛坯的变形抗力；通过通过将模具和模座用螺栓固定的方式，使锻造过程中避免发生错移的问题；通过在模具四周设置承击垫板，能够有效调节锻造精度；通过选择合适的润滑剂，在锻造过程中增强了叶片毛坯与模具之间的相互扩散作用，提高了摩擦系数，叶片毛坯更容易发生向模具表面转移，不易出现脱模，同时使模具与叶片毛坯的接触面上润滑剂的挤出更容易，并且延长了叶片毛坯的变形时间，防止了叶片毛坯的氧化和吸收气体。
本发明的方法能够通过对现有锻造设备简单改装，实施等温锻造的方法，获得的钛合金叶片毛坯精度满足技术要求，金属的内部组织为均匀的等轴细晶，力学性能明显提高，并且锻造设备吨位可以减小，还具有节省金属和减少机械加工步骤的效果。等温锻造成型的叶片还具有节省金属、提高锻件精度、节省大量的机械加工等优点。
附图说明
图1为本发明实施例中采用的模座结构示意图；
图2为本发明实施例中采用的模具与模座固定方式的结构示意图；
图3为本发明实施例中采用的上下模具、上下模座及承击垫板装配方式示意图；
图4为本发明实施例中采用的上下模座结构示意图；
图中1、上模座，2、下模座，3、固定螺栓，4、螺母，5、加热器固定螺母，6、螺栓孔，7、叶片毛坯，8、承击垫板螺栓孔，9、承击垫板，10、上模具，11、下模具。
具体实施方式
本发明实施例中采用的模具材质为铸造材料K403。
本发明实施例中采用的承击垫板材质为铸造材料K403。
本发明实施例中采用的玻璃润滑剂为钛合金锻造工艺用玻璃防护润滑剂，产品牌号BJD-1。
本发明实施例中采用的电热炉为高温转底炉。
本发明实施例中的等温成型加热器为哈尔滨松江电炉厂生产的等温成型加热器。
本发明实施例中承击垫板的设置方式为：在上下模具之间设置承击垫板，承击垫板与下模具固定在一起，当锻造开始时，承击垫板的上端面与上模具之间有间隙，当叶片毛坯尺寸达到要求时，承击垫板的上端面与上模具接触。承击垫板上端面与上模具之间的间隙尺寸精度为0.01～0.08mm。
本发明实施例中将等温成型加热器固定在液压机上的方法为：将T形螺栓一端固定在液压机的T型槽面工作台上，另一端通过螺母将其与加热器紧固。
实施例1
在经过预锻的钛合金叶片毛坯表面涂覆润滑剂，润滑剂厚度为0.3mm；将高温转底炉送电预热至950±10℃，然后将叶片毛坯置于高温转底炉中，将叶片毛坯加热至950±10℃。
将两个承击垫板通过螺栓分别固定在下模座的两侧，将下模座通过螺栓固定在等温成型加热器中，将上下模具分别通过螺栓固定在上下模座上，模具与模座基准面的配合间隙≤0.5mm。
将等温成型加热器固定在液压机上，给等温成型加热器通电加热，将上下模具和上下模座升温至930℃，保温5h。
将叶片毛坯从高温转底炉中取出，放入等温成型加热器中的上下两个模具内，叶片从高温转底炉中取出到放入模具内的时间10s；通过液压机进行锻造，液压机工作压力为0.2MPa，液压机的下行速度为0.1mm/s，当叶片毛坯尺寸达到要求时，控制液压机进行回程操作。
其中承击垫板上端面与上模具之间的间隙尺寸精度为0.01mm。
实施例2
在经过预锻的钛合金叶片毛坯表面涂覆润滑剂，润滑剂厚度为0.4mm；将高温转底炉送电预热至950±10℃，然后将叶片毛坯置于高温转底炉中，将叶片毛坯加热至950±10℃。
将两个承击垫板通过螺栓分别固定在下模座的两侧，将下模座通过螺栓固定在等温成型加热器中，将上下模具分别通过螺栓固定在上下模座上，模具与模座基准面的配合间隙≤0.5mm。
将等温成型加热器固定在液压机上，给等温成型加热器通电加热，将上下模具和上下模座升温至920℃，保温4h。
将叶片毛坯从高温转底炉中取出，放入等温成型加热器中的上下两个模具内，叶片从高温转底炉中取出到放入模具内的时间12s；通过液压机进行锻造，液压机工作压力为0.3MPa，液压机的下行速度为0.2mm/s，当叶片毛坯尺寸达到要求时，控制液压机进行回程操作。
其中承击垫板上端面与上模具之间的间隙尺寸精度为0.04mm。
实施例3
在经过预锻的钛合金叶片毛坯表面涂覆润滑剂，润滑剂厚度为0.5mm；将高温转底炉送电预热至950±10℃，然后将叶片毛坯置于高温转底炉中，将叶片毛坯加热至950±10℃。
将两个承击垫板通过螺栓分别固定在下模座的两侧，将下模座通过螺栓固定在等温成型加热器中，将上下模具分别通过螺栓固定在上下模座上，模具与模座基准面的配合间隙≤0.5mm。
将等温成型加热器固定在液压机上，给等温成型加热器通电加热，将上下模具和上下模座升温至900℃，保温3h。
将叶片毛坯从高温转底炉中取出，放入等温成型加热器中的上下两个模具内，叶片从高温转底炉中取出到放入模具内的时间14s；通过液压机进行锻造，液压机工作压力为0.5MPa，液压机的下行速度为0.1mm/s，当叶片毛坯尺寸达到要求时，控制液压机进行回程操作。
其中承击垫板上端面与上模具之间的间隙尺寸精度为0.08mm。
Claims (6)
1.一种钛合金叶片的等温锻造方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)在经过预锻的钛合金叶片毛坯表面涂覆润滑剂，润滑剂厚度为0.3～0.5mm；将电热炉预热至叶片毛坯的变形温度；然后将叶片毛坯置于电热炉中，将叶片毛坯加热至叶片毛坯的变形温度；(2)将下模座固定在等温成型加热器中，将上下模具分别固定在上下模座上，模具与模座基准面的配合间隙≤0.5mm；(3)将等温成型加热器固定在液压机上，通过等温成型加热器将上下模具和上下模座升温至900～930℃，保温至少3h；(4)叶片毛坯从电热炉中取出，放入等温成型加热器中的上下两个模具内，要求叶片从电热炉中取出到放入模具内的时间少于15s；通过液压机进行锻造，液压机工作压力为0.2～0.5MPa，液压机的下行速度为0.1～0.2mm/s，当叶片毛坯尺寸达到要求时，控制液压机进行回程操作。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金叶片的等温锻造方法，其特征在于所述的上下模具之间设有承击垫板，承击垫板与下模具固定在一起，当锻造开始时，承击垫板的上端面与上模具之间有间隙，当叶片毛坯尺寸达到要求时，承击垫板的上端面与上模具接触。
3.根据权利要求2所述的一种钛合金叶片的等温锻造方法，其特征在于所述的承击垫板材质为铸造材料K403。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金叶片的等温锻造方法，其特征在于所述的模具材质为铸造材料K403。
5.根据权利要求1所述的一种钛合金叶片的等温锻造方法，其特征在于所述的电热炉为高温转底炉。
6.根据权利要求1所述的一种钛合金叶片的等温锻造方法，其特征在于所述的润滑剂为钛合金锻造工艺用玻璃防护润滑剂。
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