CN105624466A - 一种钛合金薄壁环件及其锻造成形方法 - Google Patents

一种钛合金薄壁环件及其锻造成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钛合金薄壁环件及其锻造成形方法，该钛合金薄壁环件，由下列重量百分比的成分组成：Al？1.5-2.2％、C？0.25-0.35％、Cr？0.5-0.66％、Si？6-8.5％、Fe？1.2-4.2％、Mg？0.3-0.5％、Re？0.02-0.04％、Mn？0.56-1.3％、Ni？0.05-0.1％，余量为Ti及不可避免的杂质。本发明的钛合金薄壁环件，通过优化各个组分的配比，制备出的环件生产成本低且生产过程环保，环件加工的周期短，材料利用率高，环件内部组织均匀，质量稳定。

Description

一种钛合金薄壁环件及其锻造成形方法
技术领域
本发明涉及环件技术领域，具体涉及一种钛合金薄壁环件及其锻造成形方法。
背景技术
环件是现代生产设备中存在的一种重要机械零件，其质量的好坏直接关系着主零件的使用寿命。随着经济技术不断发展，在生产实际中对设备与机械原件的要求不断提高，提高环件的耐高温性对生产工作具有重要的意义。
采用钛合金制造的航空航天等领域使用的回转体零部件，如筒形壳体锻件等，由于锻件的壁厚较薄，高度较高，再加上锻件尺寸精度、性能及组织要求也较高，增加了轧制成形的难度。现有技术在轧制薄壁的钛合金高筒环件时，由于坯料在冲孔后，仍然存在很大的鼓肚，轧制时材料流动情况难以控制。而且辗轧模具孔型与预轧坯之间激烈摩擦，造成轧制不稳定，容易失稳，出现轧扁和喇叭口等现象。而制坯时由于坯料两端材料过少，轧制时环件转动速度快、无摩擦，环件两端温度低，变形抗力相对较大，而且轧制成形时材料大部分沿径向流动，轴向材料流动较少，造成最终成形环件两端壁厚不够，达不到要求。
钛合金用于航空发动机压气机盘、鼓筒和叶片等零件。TA12A合金薄壁异形环件是航空发动机上常用的一种零件类型，如航空发动机上的加力筒体壳体，传统的钛合金薄壁环件生产方法是使用板材卷曲焊接得到环件，此种生产方法存在以下缺点：1、板材经焊接后，焊接接缝处材料组织恶化，性能下降严重。2、焊接后存在焊接应力，后续加工和使用过程中会产生较大变形，导致产品报废。3、生产周期长，生产成本高，产品合格率低。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种钛合金薄壁环件及其锻造成形方法，锻造出的环件生产成本低且生产过程环保，环件加工的周期短，材料利用率高，环件内部组织均匀，质量稳定。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实施：
一种钛合金薄壁环件，由下列重量百分比的成分组成：Al1.5-2.2％、C0.25-0.35％、Cr0.5-0.66％、Si6-8.5％、Fe1.2-4.2％、Mg0.3-0.5％、Re0.02-0.04％、Mn0.56-1.3％、Ni0.05-0.1％，余量为Ti及不可避免的杂质。
优选地，所述钛合金薄壁环件由下列重量百分比的成分组成：Al1.8-2.1％、C0.28-0.33％、Cr0.58-0.62％、Si7-8.1％、Fe2.5-3.9％、Mg0.4-0.5％、Re0.03-0.04％、Mn0.78-1.2％、Ni0.06-0.0.08％，余量为Ti及不可避免的杂质。
优选地，所述钛合金薄壁环件由下列重量百分比的成分组成：Al1.9％、C0.29％、Cr0.6％、Si7.3％、Fe3.4％、Mg0.4％、Re0.03％、Mn0.87％、Ni0.08％，余量为Ti及不可避免的杂质。
一种钛合金薄壁环件的锻造成形方法，包括以下步骤：
S1、坯料加热：将高温合金坯料放入加热炉均匀加热，控制温度为1380-1420℃；
S2、镦饼冲孔：将步骤S1加热完成的钛合金坯料在液压机上进行锻压，使其达到30％～40％成形为横截面为圆形的钛合金饼坯，饼坯冲孔，轧制成空心饼；
S3、回炉加热：将步骤S2制得的饼坯回炉加热到1300-1350℃，保温10-20min；
S4、制坯：再将热态钛合金坯料进行镦粗、冲孔和扩孔，得到钛合金环件毛坯；
S5、轧制成形：将步骤S4制好的钛合金环件毛坯放上轧环机进行轧制，空冷后得到钛合金环件半成品。
S6、成品：将步骤S5中制得的钛合金环件半成品在温度为750℃-800℃条件下保温50min-70min，空冷，得到壁厚为40-50mm的钛合金薄壁环件。
优选地，步骤S3所述回炉加热温度为1350，保温时间为15min。
优选地，步骤S1所述加热炉采用电阻炉或气炉。
优选地，步骤S4所述镦粗、冲孔和扩孔要求一火完成。
本发明有益效果：本发明提供一种钛合金薄壁环件及其锻造成形方法，通过优化各个组分的配比，提高了钛合金薄壁环件耐高温性、和耐腐蚀性能；本发明锻造成形方法加工的钛合金薄壁环件避免合金挤压圆孔产生较大的内应力，提高其加工性能和力学性能，环件尺寸精度高，节约原材料；本发明合金钢环件的轧制工艺生产过程环保，加工工序简单，加工成本低；本发明锻造成形方法，在冲孔过程中不仅能够保证变形量，同时能够达到细化组织的目的，避免了冲孔过程中的开裂现象。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种钛合金薄壁环件，由下列重量百分比的成分组成：Al1.5-2.2％、C0.25-0.35％、Cr0.5-0.66％、Si6-8.5％、Fe1.2-4.2％、Mg0.3-0.5％、Re0.02-0.04％、Mn0.56-1.3％、Ni0.05-0.1％，余量为Ti及不可避免的杂质。
一种钛合金薄壁环件的轧制工艺，包括以下步骤：
S1、坯料加热：将高温合金坯料放入加热炉均匀加热，控制温度为1380-1420℃；
S2、镦饼冲孔：将步骤S1加热完成的钛合金坯料在液压机上进行锻压，使其达到30％～40％成形为横截面为圆形的钛合金饼坯，饼坯冲孔，轧制成空心饼；
S3、回炉加热：将步骤S2制得的饼坯回炉加热到1300-1350℃，保温10-20min；
S4、制坯：再将热态钛合金坯料进行镦粗、冲孔和扩孔，得到钛合金环件毛坯；
S5、轧制成形：将步骤S4制好的钛合金环件毛坯放上轧环机进行轧制，空冷后得到钛合金环件半成品。
S6、成品：将步骤S5中制得的钛合金环件半成品在温度为750℃-800℃条件下保温50min-70min，空冷，得到壁厚为40-50mm的钛合金薄壁环件。
实施例2：
一种钛合金薄壁环件，由下列重量百分比的成分组成：Al1.5％、C0.25％、Cr0.5％、Si6％、Fe1.2％、Mg0.3％、Re0.02％、Mn0.56％、Ni0.05％，余量为Ti及不可避免的杂质。
一种钛合金薄壁环件的轧制工艺，包括以下步骤：
S1、坯料加热：将高温合金坯料放入加热炉均匀加热，控制温度为1380℃；
S2、镦饼冲孔：将步骤S1加热完成的钛合金坯料在液压机上进行锻压，使其达到30％成形为横截面为圆形的钛合金饼坯，饼坯冲孔，轧制成空心饼；
S3、回炉加热：将步骤S2制得的饼坯回炉加热到1300℃，保温10min；
S4、制坯：再将热态钛合金坯料进行镦粗、冲孔和扩孔，得到钛合金环件毛坯；
S5、轧制成形：将步骤S4制好的钛合金环件毛坯放上轧环机进行轧制，空冷后得到钛合金环件半成品。
S6、成品：将步骤S5中制得的钛合金环件半成品在温度为750℃-800℃条件下保温50min，空冷，得到壁厚为40mm的钛合金薄壁环件。
实施例3：
一种钛合金薄壁环件，由下列重量百分比的成分组成Al2.2％、C0.35％、Cr0.66％、Si8.5％、Fe4.2％、Mg0.5％、Re0.04％、Mn1.3％、Ni0.1％，余量为Ti及不可避免的杂质。
一种钛合金薄壁环件的轧制工艺，包括以下步骤：
S1、坯料加热：将高温合金坯料放入加热炉均匀加热，控制温度为1420℃；
S2、镦饼冲孔：将步骤S1加热完成的钛合金坯料在液压机上进行锻压，使其达到30％～40％成形为横截面为圆形的钛合金饼坯，饼坯冲孔，轧制成空心饼；
S3、回炉加热：将步骤S2制得的饼坯回炉加热到1350℃，保温20min；
S4、制坯：再将热态钛合金坯料进行镦粗、冲孔和扩孔，得到钛合金环件毛坯；
S5、轧制成形：将步骤S4制好的钛合金环件毛坯放上轧环机进行轧制，空冷后得到钛合金环件半成品。
S6、成品：将步骤S5中制得的钛合金环件半成品在温度为800℃条件下保温70min，空冷，得到壁厚为50mm的钛合金薄壁环件。
实施例4：
一种钛合金薄壁环件，由下列重量百分比的成分组成：Al1.8％、C0.28％、Cr0.58％、Si7％、Fe2.5％、Mg0.4％、Re0.03％、Mn0.78％、Ni0.06％，余量为Ti及不可避免的杂质。
一种钛合金薄壁环件的轧制工艺，包括以下步骤：
S1、坯料加热：将高温合金坯料放入加热炉均匀加热，控制温度为1400℃；
S2、镦饼冲孔：将步骤S1加热完成的钛合金坯料在液压机上进行锻压，使其达到35％成形为横截面为圆形的钛合金饼坯，饼坯冲孔，轧制成空心饼；
S3、回炉加热：将步骤S2制得的饼坯回炉加热到1320℃，保温15min；
S4、制坯：再将热态钛合金坯料进行镦粗、冲孔和扩孔，得到钛合金环件毛坯；
S5、轧制成形：将步骤S4制好的钛合金环件毛坯放上轧环机进行轧制，空冷后得到钛合金环件半成品。
S6、成品：将步骤S5中制得的钛合金环件半成品在温度为780℃条件下保温60min，空冷，得到壁厚为45mm的钛合金薄壁环件。
实施例5：
一种钛合金薄壁环件，由下列重量百分比的成分组成：Al2.1％、C0.33％、Cr0.62％、Si8.1％、Fe3.9％、Mg0.5％、Re0.04％、Mn1.2％、Ni0.0.08％，余量为Ti及不可避免的杂质。
本实施例钛合金薄壁环件的轧制工艺同实施例1。
实施例6：
一种钛合金薄壁环件，由下列重量百分比的成分组成：Al1.9％、C0.29％、Cr0.6％、Si7.3％、Fe3.4％、Mg0.4％、Re0.03％、Mn0.87％、Ni0.08％，余量为Ti及不可避免的杂质。
本实施例钛合金薄壁环件的轧制工艺同实施例1。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种钛合金薄壁环件，其特征在于，由下列重量百分比的成分组成：Al1.5-2.2％、C0.25-0.35％、Cr0.5-0.66％、Si6-8.5％、Fe1.2-4.2％、Mg0.3-0.5％、Re0.02-0.04％、Mn0.56-1.3％、Ni0.05-0.1％，余量为Ti及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的钛合金薄壁环件，其特征在于，由下列重量百分比的成分组成：Al1.8-2.1％、C0.28-0.33％、Cr0.58-0.62％、Si7-8.1％、Fe2.5-3.9％、Mg0.4-0.5％、Re0.03-0.04％、Mn0.78-1.2％、Ni0.06-0.0.08％，余量为Ti及不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的钛合金薄壁环件，其特征在于，由下列重量百分比的成分组成：Al1.9％、C0.29％、Cr0.6％、Si7.3％、Fe3.4％、Mg0.4％、Re0.03％、Mn0.87％、Ni0.08％，余量为Ti及不可避免的杂质。
4.一种如权利要求1-3任一所述的钛合金薄壁环件的锻造成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、坯料加热：将高温合金坯料放入加热炉均匀加热，控制温度为1380-1420℃；
S2、镦饼冲孔：将步骤S1加热完成的钛合金坯料在液压机上进行锻压，使其达到30％～40％成形为横截面为圆形的钛合金饼坯，饼坯冲孔，轧制成空心饼；
S3、回炉加热：将步骤S2制得的饼坯回炉加热到1300-1350℃，保温10-20min；
S4、制坯：再将热态钛合金坯料进行镦粗、冲孔和扩孔，得到钛合金环件毛坯；
S5、轧制成形：将步骤S4制好的钛合金环件毛坯放上轧环机进行轧制，空冷后得到钛合金环件半成品。
S6、成品：将步骤S5中制得的钛合金环件半成品在温度为750℃-800℃条件下保温50min-70min，空冷，得到壁厚为40-50mm的钛合金薄壁环件。
5.根据权利要求4所述的钛合金薄壁环件的锻造成形方法，其特征在于，步骤S3所述回炉加热温度为1350，保温时间为15min。
6.根据权利要求4所述的钛合金薄壁环件的锻造成形方法，其特征在于，步骤S1所述加热炉采用电阻炉或气炉。
7.根据权利要求4所述的钛合金薄壁环件的锻造成形方法，其特征在于，步骤S4所述镦粗、冲孔和扩孔要求一火完成。
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