CN102319864A - 降低tc4合金叶片锻造温度的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种降低TC4合金叶片锻造温度的锻造方法，用于解决现有的TC4钛合金锻造温度高的技术问题。技术方案是通过对TC4合金进行固态置氢处理，将处理得到的固态置氢钛合金坯料机械加工成固态置氢钛合金预制坯料；吹砂和打磨；喷涂润滑剂；安装模具及预热；对固态置氢钛合金预制坯料进行锻造，得到固态置氢钛合金叶片锻件；去飞边；吹砂和打磨；除氢。由于对TC4合金进行了固态置氢处理，使TC4钛合金锻造温度由现有技术的800～982℃降低到720～780℃。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛合金叶片的锻造方法，具体是一种降低TC4合金叶片锻造温度的锻造方法。
背景技术
涡扇航空发动机风扇叶片工作条件比较恶劣，而钛合金具有比强度高、耐腐蚀和耐高温等一系列优点，这使得钛合金在风扇叶片领域获得了大量的应用。钛合金属于难变形材料，加之风扇叶片形状的复杂性导致其锻造工艺性差、锻造温度高。
文献1“钛和钛合金的热处理与锻造，国外航空资料编译步编译，国防工业出版社，1970.5，57页”报道TC4合金的模锻温度范围为899～982℃。
文献2“中国航空材料手册(第4卷)，《中国航空材料手册》编辑委员会编，中国标准出版社，2002.1，129页”报道TC4合金锻造加热温度大于920℃，终锻温度大于800℃。
锻造温度高使得叶片锻造过程中能耗较大，另外，高的锻造温度使得对锻造模具的性能要求很高，等温锻一般要采用镍基高温合金，这极大地增大了模具成本。直接降低锻造温度则导致钛合金可锻性急剧下降，具体表现在变形抗力过大、锻件易于开裂等。因此，降低钛合金风扇叶片锻造温度的前提是使钛合金的可锻温度范围向较低温度拓展，这也是一直以来钛合金锻造领域面临的一个技术难题。
发明内容
为了克服现有的TC4钛合金锻造温度高的不足，本发明提供一种降低TC4合金叶片锻造温度的锻造方法。该方法通过对TC4合金进行固态置氢处理，以及锻造工艺参数的优化，可以降低TC4钛合金的锻造温度。
本发明的技术方案是：一种降低TC4合金叶片锻造温度的锻造方法，其特点是包括下述步骤：
步骤一、将TC4合金表面用丙酮清洗后，置入管式固态置氢炉中，抽真空到1.0×10-3～1.5×10-3Pa，以5～15℃/min的速度加热至700～800℃，保温10～15min，按TC4合金坯料的重量百分比充入0.2～0.5％的氢气，充入氢气的流量为0.5～1.5L/min，保温2～3h，以5～10℃/min的速度冷却至室温，即得到固态置氢钛合金；步骤二、将固态置氢钛合金机械加工成固态置氢钛合金预制坯料；步骤三、对固态置氢钛合金预制坯料表面进行吹砂和打磨处理；步骤四、在固态置氢钛合金预制坯料表面喷涂玻璃润滑剂；步骤五、安装锻造模具，上下模分别固定于等温锻液压机上下工作台面上，将炉温升至720～780℃保温待用；步骤六、将固态置氢钛合金预制坯料放置于锻造模具的下模上，保温15～20min，对固态置氢钛合金预制坯料进行锻造，上模压下速度为0.1～0.3mm/s，上下模具闭合后即得到固态置氢钛合金叶片锻件；步骤七、将固态置氢钛合金叶片锻件去处飞边；步骤八、对固态置氢钛合金锻件表面进行吹砂和打磨处理；步骤九、将固态置氢钛合金锻件表面清洁后，置入管式固态置氢炉中，抽真空到1.0×10-3～1.5×10-3Pa，以5～15℃/min的速度加热至700～750℃，炉内真空度高于3×10-3Pa后保温2～3h，以5～10℃/min的速度冷却至室温。
本发明的有益效果是：由于对TC4合金进行固态置氢处理，以及锻造工艺参数的优化，使TC4钛合金的锻造温度在其他参数相同的条件下由现有技术的800～982℃降低到720～780℃。
下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。
具体实施方式
实施例1：
步骤一、固态置氢：将
的TC4合金圆柱表面用丙酮清洗后，置入管式固态置氢炉中，抽真空到1.0×10-3Pa，以约5℃/min的速度加热至700℃，保温10min，按钛合金坯料的重量百分比充入0.5％的氢气，充入氢气的流量为0.5L/min，保温3h，以约10℃/min的速度冷却至室温；步骤二、机械加工：将固态置氢钛合金进行机械加工成固态置氢钛合金预制坯料；步骤三、吹砂和打磨：对固态置氢钛合金预制坯料表面进行吹砂和打磨处理；步骤四、喷涂润滑剂：在固态置氢钛合金预制坯料表面喷涂天力创牌Ti-5D玻璃润滑剂；步骤五、安装模具及预热：安装锻造模具，上下模分别固定于等温锻液压机上下工作台面上。将等温锻加热炉升温至720℃保温待用；步骤六、锻造：将固态置氢钛合金预制坯料放置于锻造模具的下模上，保温15分钟，对固态置氢钛合金预制坯料进行锻造，上模压下速度为0.1mm/s，上下模具闭合后即得到固态置氢钛合金叶片锻件；步骤七、去飞边：将固态置氢钛合金叶片锻件去处飞边；步骤八、吹砂和打磨：对固态置氢钛合金锻件表面进行吹砂和打磨处理；步骤九、除氢：将固态置氢钛合金锻件表面清洁后，置入管式固态置氢炉中，抽真空到1.0×10-3Pa，以5℃/min的速度加热至750℃，炉内真空度高于3×10-3Pa后保温2h，以约10℃/min的速度冷却至室温。
实施例2：
步骤一、固态置氢：将
的TC4合金圆柱表面用丙酮清洗后，置入管式固态置氢炉中，抽真空到1.0×10-3Pa，以约15℃/min的速度加热至800℃，保温15min，按钛合金坯料的重量百分比充入0.2％的氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温2h，以约5℃/min的速度冷却至室温；步骤二、机械加工：将固态置氢钛合金机械加工成固态置氢钛合金预制坯料；步骤三、吹砂和打磨：对固态置氢钛合金预制坯料表面进行吹砂和打磨处理；步骤四、喷涂润滑剂：在固态置氢钛合金预制坯料表面喷涂天力创牌Ti-5D玻璃润滑剂；步骤五、安装模具及预热：安装锻造模具，上下模分别固定于等温锻液压机上下工作台面上。将等温锻加热炉升温至780℃保温待用；步骤六、锻造：将固态置氢钛合金预制坯料放置于锻造模具的下模上，保温20min，对固态置氢钛合金预制坯料进行锻造，上模压下速度为0.3mm/s，上下模具闭合后即得到固态置氢钛合金叶片锻件；步骤七、去飞边：将固态置氢钛合金叶片锻件去处飞边；步骤八、吹砂和打磨：对固态置氢钛合金锻件表面进行吹砂和打磨处理；步骤九、除氢：将固态置氢钛合金锻件表面清洁后，置入管式固态置氢炉中，抽真空到1.5×10-3Pa，以15℃/min的速度加热至700℃，炉内真空度高于3×10-3Pa后保温3h，以约5℃/min的速度冷却至室温。
实施例3：
步骤一、固态置氢：将的TC4合金圆柱表面用丙酮清洗后，置入管式固态置氢炉中，抽真空到10-3Pa，以约10℃/min的速度加热至750℃，保温10min，按钛合金坯料的重量百分比充入0.2％的氢气，充入氢气的流量为1.5L/min，保温2h，以约10℃/min的速度冷却至室温；步骤二、机械加工：将固态置氢钛合金机械加工成固态置氢钛合金预制坯料；步骤三、吹砂和打磨：对固态置氢钛合金预制坯料表面进行吹砂和打磨处理；步骤四、喷涂润滑剂：在固态置氢钛合金预制坯料表面喷涂天力创牌Ti-5D玻璃润滑剂；步骤五、安装模具及预热：安装锻造模具，上下模分别固定于等温锻液压机上下工作台面上。将等温锻加热炉升温至760℃保温待用；步骤六、锻造：将固态置氢钛合金预制坯料放置于锻造模具的下模上，保温20min，对固态置氢钛合金预制坯料进行锻造，上模压下速度为0.2mm/s，上下模具闭合后即得到固态置氢钛合金叶片锻件；步骤七、去飞边：将固态置氢钛合金叶片锻件去处飞边；步骤八、吹砂和打磨：对固态置氢钛合金锻件表面进行吹砂和打磨处理；步骤九、除氢：将固态置氢钛合金锻件表面清洁后，置入管式固态置氢炉中，抽真空到1.2×10-3Pa，以10℃/min的速度加热至750℃，炉内真空度高于3×10-3Pa后保温2h，以约10℃/min的速度冷却至室温。
上述实例中TC4合金叶片在锻造过程中未形成缺陷，且尺寸精度满足设计要求。由此可以明显看出：本发明的TC4合金叶片降低锻造温度的工艺方法可实现在较低锻造温度下TC4合金叶片的锻造成形，与背景技术相比，锻造温度由800～982℃降低到720～780℃。
Claims (1)
1.一种降低TC4合金叶片锻造温度的锻造方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤一、将TC4合金表面用丙酮清洗后，置入管式固态置氢炉中，抽真空到1.0×10-3～1.5×10-3Pa，以5～15℃/min的速度加热至700～800℃，保温10～15min，按TC4合金坯料的重量百分比充入0.2～0.5％的氢气，充入氢气的流量为0.5～1.5L/min，保温2～3h，以5～10℃/min的速度冷却至室温，即得到固态置氢钛合金；
步骤二、将固态置氢钛合金机械加工成固态置氢钛合金预制坯料；
步骤三、对固态置氢钛合金预制坯料表面进行吹砂和打磨处理；
步骤四、在固态置氢钛合金预制坯料表面喷涂玻璃润滑剂；
步骤五、安装锻造模具，上下模分别固定于等温锻液压机上下工作台面上，将炉温升至720～780℃保温待用；
步骤六、将固态置氢钛合金预制坯料放置于锻造模具的下模上，保温15～20min，对固态置氢钛合金预制坯料进行锻造，上模压下速度为0.1～0.3mm/s，上下模具闭合后即得到固态置氢钛合金叶片锻件；
步骤七、将固态置氢钛合金叶片锻件去处飞边；
步骤八、对固态置氢钛合金锻件表面进行吹砂和打磨处理；
步骤九、将固态置氢钛合金锻件表面清洁后，置入管式固态置氢炉中，抽真空到1.0×10-3～1.5×10-3Pa，以5～15℃/min的速度加热至700～750℃，炉内真空度高于3×10-3Pa后保温2～3h，以5～10℃/min的速度冷却至室温。
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