CN103668017A - 一种航空发动机铝合金叶片的锻造及热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种航空发动机铝合金叶片的锻造及热处理工艺，其能有效提高Al-Cu-Mn-Zr-V-Ti铝合金叶片的锻件力学性能，从而达到设计使用技术要求。其包括以下工艺步骤：首先对Al-Cu-Mn-Zr-V-Ti铝合金叶片坯料加热锻造得到铝合金叶片锻件，然后对铝合金叶片锻件进行热处理，其特征在于：加热锻造，先将所述铝合金叶片坯料放入加热炉内加热至455℃～465℃，保温4.5～5.5小时，再将铝合金叶片坯料放入压力机上进行模锻变形从而得到铝合金叶片锻件，模锻变形量控制在20%～60%。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机铝合金叶片的锻造热处理工艺领域，尤其是涉及Al-Cu-Mn-Zr-V-Ti铝合金叶片的锻造热处理工艺领域，具体为一种航空发动机铝合金叶片的锻造及热处理工艺。
背景技术
铝合金作为一种典型的轻质金属材料具有高强度、低密度、高断裂韧度、以及高抗应力腐蚀能力等优良特征，在机械、化工、汽车、建筑、航空、航天领域得以广泛应用。
Al-Cu-Mn-Zr-V-Ti铝合金具有焊接性能好、高强度、耐热性好、裂纹倾向低等优点，由于上述优点该材料被用于制作航空发动机的风扇叶片。
Al-Cu-Mn-Zr-V-Ti铝合金作为航空发动机用铝合金叶片，一般要求锻件经固溶时效热处理后交付，合金室温抗拉强度要求纵向抗拉强度≥400MPa、横向抗拉强度≥386MPa，纵向屈服强度≥260MPa、横向屈服强度≥248MPa；纵向延伸率≥7%、横向延伸率≥4%。目前推荐的锻造加热温度为426～471℃；推荐的热处理制度为，锻件在529～541℃下保温3小时然后水冷，水冷温度为60～71℃，冷却到室温后再在190℃下保温26小时然后空冷至室温，热处理后按附图1所示位置检测锻件力学性能。图1中，1为叶片叶身纵向拉伸试样位置，2为叶片叶身横向拉伸试样位置，3为叶片叶根纵向拉伸试样位置，4为叶片叶根横向拉伸试样位置，5为叶片叶顶纵向拉伸试样位置，6为叶片叶顶横向拉伸试样位置。
但是，Al-Cu-Mn-Zr-V-Ti铝合金在推荐的锻造温度范围内锻造成航空发动机叶片锻件，之后再根据目前推荐的热处理制度对Al-Cu-Mn-Zr-V-Ti铝合金叶片进行热处理，该铝合金锻件的室温纵横向抗拉强度均未能达到技术要求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种航空发动机铝合金叶片的锻造及热处理工艺，其能有效提高Al-Cu-Mn-Zr-V-Ti铝合金叶片的锻件力学性能，从而达到设计使用技术要求。
其技术方案是这样的，其包括以下工艺步骤：首先对Al-Cu-Mn-Zr-V-Ti铝合金叶片坯料加热锻造得到铝合金叶片锻件，然后对所述铝合金叶片锻件进行热处理，其特征在于：所述加热锻造，先将所述铝合金叶片坯料放入加热炉内加热至455℃～465℃，保温4.5～5.5小时，再将所述铝合金叶片坯料放入压力机上进行模锻变形从而得到所述铝合金叶片锻件，所述模锻变形量控制在20%～60%。
其进一步特征在于：
所述热处理工艺，先对所述铝合金叶片锻件进行淬火处理，再对经所述淬火处理的铝合金叶片锻件进行时效处理，所述淬火处理时将所述铝合金叶片锻件在淬火炉内加热到529℃～541℃并保温3小时、然后水冷至室温；
所述时效处理，将经所述淬火处理的铝合金叶片锻件放入加热炉内随炉加热至165℃～175℃并保温26小时然后空冷至室温；
所述水冷的温度为60℃～71℃。
其更进一步特征在于：
所述加热锻造，所述加热炉的加热温度优选460℃，模锻变形量优选控制40%；
所述淬火处理中的加热温度优选535℃；
所述时效处理中的加热温度优选170℃。
本发明航空发动机铝合金叶片的锻造及热处理工艺的有益效果在于：其将Al-Cu-Mn-Zr-V-Ti铝合金叶片的锻造温度控制在455℃～465℃之间，并且控制模锻变形量在20%～60%之间，其通过合理的锻造温度来保证坯料每火次的变形量达到控制要求，并有效避免由于锻造温度过低而引起的坯料在模锻过程中的开裂问题，保证Al-Cu-Mn-Zr-V-Ti铝合金叶片的室温抗拉强度满足设计技术要求；另外，其降低了叶片热处理工艺中时效处理温度，从而进一步确保叶片室温抗拉强度满足设计技术要求。
附图说明
图1为叶片理化试验取样示意图。
具体实施方式
实施例一：
一种航空发动机铝合金叶片的锻造及热处理工艺，首先对Al-Cu-Mn-Zr-V-Ti铝合金叶片坯料进行加热锻造，将铝合金叶片坯料放入加热炉内加热至460℃，保温5.5小时再将所述铝合金叶片坯料放入压力机上进行模锻变形，模锻变形量控制在20%，得到铝合金叶片锻件；然后对所得到的铝合金叶片锻件进行热处理，依次包括淬火处理和时效处理，其中淬火处理是将所述铝合金叶片锻件在淬火炉内加热到535℃并保温3小时、然后水冷至室温，水冷温度为71℃；时效处理为将经淬火处理后的铝合金叶片锻件放入加热炉内随炉加热至165℃并保温26小时然后空冷至室温。
采用本实施例工艺加工得到的一种航空发动机铝合金叶片锻件，其力学性能纵向抗拉强度达到415MPa，横向抗拉强度达到405MPa，纵向屈服强度达到292MPa，横向屈服强度达到298MPa，纵向延伸率16%，横向延伸率14%。
实施例二：
一种航空发动机铝合金叶片的锻造及热处理工艺，首先对Al-Cu-Mn-Zr-V-Ti铝合金叶片坯料进行加热锻造，将铝合金叶片坯料放入加热炉内加热至455℃，保温4.5小时再将所述铝合金叶片坯料放入压力机上进行模锻变形，模锻变形量控制在60%，得到铝合金叶片锻件；然后对所得到的铝合金叶片锻件进行热处理，依次包括淬火处理和时效处理，其中淬火处理是将所述铝合金叶片锻件在淬火炉内加热到541℃并保温3小时、然后水冷至室温，水冷温度为66℃；时效处理为将经淬火处理后的铝合金叶片锻件放入加热炉内随炉加热至175℃并保温26小时然后空冷至室温。
采用本实施例工艺加工得到的一种航空发动机铝合金叶片锻件，其力学性能纵向抗拉强度达到405MPa，横向抗拉强度达到410MPa，纵向屈服强度达到283MPa，横向屈服强度达到282MPa，纵向延伸率16%，横向延伸率12%。
实施例三：
一种航空发动机铝合金叶片的锻造及热处理工艺，首先对Al-Cu-Mn-Zr-V-Ti铝合金叶片坯料进行加热锻造，将铝合金叶片坯料放入加热炉内加热至465℃，保温5小时再将所述铝合金叶片坯料放入压力机上进行模锻变形，模锻变形量控制在40%，得到铝合金叶片锻件；然后对所得到的铝合金叶片锻件进行热处理，依次包括淬火处理和时效处理，其中淬火处理是将所述铝合金叶片锻件在淬火炉内加热到529℃并保温3小时、然后水冷至室温，水冷温度为60℃；时效处理为将经淬火处理后的铝合金叶片锻件放入加热炉内随炉加热至170℃并保温26小时然后空冷至室温。
采用本实施例工艺加工得到的一种航空发动机铝合金叶片锻件，其力学性能纵向抗拉强度达到419MPa，横向抗拉强度达到423MPa，纵向屈服强度达到300MPa，横向屈服强度达到311MPa，纵向延伸率11%，横向延伸率14%。
实施例四：
一种航空发动机铝合金叶片的锻造及热处理工艺，首先对Al-Cu-Mn-Zr-V-Ti铝合金叶片坯料进行加热锻造，将铝合金叶片坯料放入加热炉内加热至460℃，保温5小时再将所述铝合金叶片坯料放入压力机上进行模锻变形，模锻变形量控制在40%，得到铝合金叶片锻件；然后对所得到的铝合金叶片锻件进行热处理，依次包括淬火处理和时效处理，其中淬火处理是将所述铝合金叶片锻件在淬火炉内加热到535℃并保温3小时、然后水冷至室温，水冷温度为60℃；时效处理为将经淬火处理后的铝合金叶片锻件放入加热炉内随炉加热至170℃并保温26小时然后空冷至室温。
采用本实施例工艺加工得到的一种航空发动机铝合金叶片锻件，其力学性能纵向抗拉强度达到433MPa，横向抗拉强度达到430MPa，纵向屈服强度达到311MPa，横向屈服强度达到320MPa，纵向延伸率11%，横向延伸率12%。
Claims (7)
1.一种航空发动机铝合金叶片的锻造及热处理工艺，其包括以下工艺步骤：首先对Al-Cu-Mn-Zr-V-Ti铝合金叶片坯料加热锻造得到铝合金叶片锻件，然后对所述铝合金叶片锻件进行热处理，其特征在于：所述加热锻造，先将所述铝合金叶片坯料放入加热炉内加热至455℃～465℃，保温4.5～5.5小时，再将所述铝合金叶片坯料放入压力机上进行模锻变形从而得到所述铝合金叶片锻件，所述模锻变形量控制在20%～60%。
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机铝合金叶片的锻造及热处理工艺，其特征在于：所述热处理工艺，先对所述铝合金叶片锻件进行淬火处理，再对经所述淬火处理的铝合金叶片锻件进行时效处理，所述淬火处理时将所述铝合金叶片锻件在淬火炉内加热到529℃～541℃并保温3小时、然后水冷至室温。
3.根据权利要求2所述的一种航空发动机铝合金叶片的锻造及热处理工艺，其特征在于：所述时效处理，将经所述淬火处理的铝合金叶片锻件放入加热炉内随炉加热至165℃～175℃并保温26小时然后空冷至室温。
4.根据权利要求3所述的一种航空发动机铝合金叶片的锻造及热处理工艺，其特征在于：所述水冷的温度为60℃～71℃。
5.根据权利要求4所述的一种航空发动机铝合金叶片的锻造及热处理工艺，其特征在于：所述加热锻造，所述加热炉的加热温度优选460℃，模锻变形量优选控制40%。
6.根据权利要求5所述的一种航空发动机铝合金叶片的锻造及热处理工艺，其特征在于：所述淬火处理中的加热温度优选535℃。
7.根据权利要求6所述的一种航空发动机铝合金叶片的锻造及热处理工艺，其特征在于：所述时效处理中的加热温度优选170℃。
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