CN106607540B - TC17钛合金叶片等温β锻的锻造方法 - Google Patents
TC17钛合金叶片等温β锻的锻造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种TC17钛合金叶片等温β锻的锻造方法,在一定程度上可以弥补目前TC17整体叶盘锻造对工艺要求高的问题。TC17整体叶盘锻造工艺要求高,锻件在机械加工环节中,对机械加工要求极高。如果机在加工叶片时,由于加工失误,就造成整个叶盘锻件报废,费时费力,经济费用高。现采用轮盘与叶片分离的锻造方式,叶片与压气机整体叶盘采用相同的等温β锻造方法,无论是锻造成形难度、还是对后续加工都有极大的帮助。
Description
技术领域
本发明属于锻造技术领域,涉及TC17钛合金叶片等温β锻的锻造方法。
背景技术
TC17合金是一种富β稳定元素的α-β型两相钛合金,其名义成分为 Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr,主要用于制造要求高强度的、大截面的航空发动机风扇盘、压气机盘、轴、离心叶轮和直升机桨榖、盘片整体件等转动零部件,淬透厚度达150mm。该合金既可以在β区变形,也可以在α+β区变形,并随后进行相应的热处理。通过热处理可以调整强度、塑性和韧性的匹配。与通用的两相钛合金相比有更高的强度、淬透性和抗蠕变能力;与β钛合金相比有低的密度和高的弹性模量、抗蠕变能力。同时,该合金能采用各种焊接方式进行焊接。
本锻造方法在一定程度上可以弥补目前TC17整体叶盘锻造对工艺要求高的问题。TC17整体叶盘锻造工艺要求高,锻件在机械加工环节中,对机械加工要求极高。如果机械加工叶片时,由于加工失误,就造成整个叶盘锻件报废,费时费力,经济费用高。现采用轮盘与叶片分离的锻造方式,叶片与压气机整体叶盘采用相同的等温β锻造方法,无论是锻造成形难度、还是对后续加工都有极大的帮助。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:目前TC17整体叶盘锻造对工艺要求高的问题。
本发明的技术方案是:TC17钛合金叶片等温β锻的锻造方法,包括如下步骤:
步骤1:根据需要,切取相应长度的钛合金棒材料段,棱角倒圆角r,根据料段直径尺寸大小,选r=10~25mm;
步骤2:将步骤1料段加热并保温,由自由锻锤进行局部镦粗和拔长锻造,最终锻至T型荒坯,每个方向的变形量达到25%以上;
步骤3:将步骤2的荒坯加热并保温,模锻锤分两火进行模锻,并保证每火次的变形量为30~40%,进行冷却;
步骤4:将等温锻K3型模进行加热:以电炉功率为10%~20%的速率升温至200℃保温300min,以电炉功率为20%~30%的速率升温至400℃保温180min,然后以电炉功率为40%的速率升温至600℃保温240min,再以电炉功率为60%~70%的速率升温至750℃保温300min,最后以电炉功率为90%~100%的速率升温至相变点下40℃保温 300min;
步骤5:将预锻件按规定喷涂的要求喷涂后再进行加热保温,随后由等温锻设备进行等温β锻造,在锻件下压量的前80%内,锻压速度按0.1mm/s控制,后20%,锻压速度按0.05mm/s控制,保证叶片榫头部位的变形量为40%以上,保证叶片榫头部位的变形量为40%以上,叶片型面部分变形量为50%~75%,最后进行冷却;
步骤6:叶片锻件热处理后,由专用测具和样板进行检测,再进行探伤,最后完成锻造。
本发明有益效果是:
在等温条件下研究了线性摩擦焊风扇整体叶盘用TC17叶片锻件等温β锻造方法。通过等温锻造设备严格控制锻造温度和叶片整体的变形量分布,可以得到均匀的网篮组织,并且原始β晶界破碎,α相的形貌和尺寸均符合要求;通过等温锻造的模具设计,可以保证模具型腔的填充性,同时保证叶片外形尺寸;由于叶片与轮盘的分离式锻造,使得直接锻造叶片的总体经济性要好,而且叶片具有可替换性。
附图说明
图1为荒坯的结构示意图。
图2为预锻荒型的结构示意图。
具体实施方式
1.前期基础研究
在计算机模拟仿真的基础上,分别研究坯料不同几何参数和工艺参数配合下的实际生产试验结果。不同的几何参数和工艺参数有:绝对变形量;相对变形量;保温时间;锻压速度,并且在锻压过程中可以进行混合使用,冷却方式。
2.预制坯尺寸、形状设计
在确定了基本锻造参数的基础上,可以通过计算机模拟技术来设计和调整预制坯尺寸和形状。
3.钛合金叶片等温模锻
根据工厂关于等温锻造的模具设计手册以及叶片锻造的特点,合理设计等温锻模具。
4.钛合金叶片等温锻件的热处理工艺的制定
对于叶片的等温锻造的热处理方案,鉴于与以前生产方式的比较,此处还是采用标准规定的热处理工艺规范。
具体锻造步骤如下所示:
1.下料:
1.1设备:锯床(下料规格:φ130×297)
1.2标刻:熔炼炉号(或代号)
1.3打磨:磨去毛料表面缺陷及端面毛刺,
检验:检测工具:卷尺或卡尺、R规
检测内容:检查坯料表面质量、标刻内容,测量下料实际尺寸
2.坯料机加:车床
2.1倒角:棒料两端面倒角R8~R10
检验:检测工具:R规
检测内容:检查倒角质量
3.制坯:
3.1加热:电炉应符合GJB904AⅢ及以上的要求
3.1.1加热技术要求
1)加热规范:加热温度为相变点下40℃,保温时间105分钟(保温系数:0.6~0.8mm/min)。
按附图1荒形尺寸锻造
L1、L2——荒型端部长、宽尺寸,尺寸分别控制在为150~170mm、120~130mm 范围内;
L3——荒型总长度为260~275mm;
L4——荒型杆部长度(205~215mm);
L5——荒型杆部直径(φ120~φ125mm);
R1、R2——荒型过渡圆角半径(分别控制在:R20、R5)。
3.2.1锻造技术要求:
1)转移时间30秒
2)终锻温度≥750℃
3)允许2火内完成
3.3冷却:空冷
3.4标刻:熔炼炉号(或代号)、锭节号
3.5吹砂:清除荒形表面污物。
3.6打磨:排除表面缺陷并光滑过渡,打磨宽深比大于6
检验:检测工具:卡尺、卷尺
检测内容:锻件荒形尺寸、标刻内容
4.预锻:
4.1喷涂防护润滑剂:将干净坯料置于100~150℃的电炉中预热10~20分钟,出炉喷涂润滑剂。涂层要均匀,涂后标刻原有标记。
润滑剂:FR35。
4.2加热设备:电炉4.2.1加热技术要求:
1)坯料加热规范:加热温度为相变点下40℃,保温时间90分钟,第二火次保温60分钟(保温系数:0.6~0.8mm/min)
2)其余同工序3.1.1
4.3锻造:5T模锻锤
模具预热200℃~350℃,预热时间≥12小时,
模具润滑:机油+石墨或石墨乳
模锻时,注意调整荒形的摆放位置
4.3.1锻造技术要求
4.3.1.2转移时间≤30秒。
4.3.1.3锻造时坯料应放正,先轻击1~3锤,然后重击。
4.3.1.4锻造过程中,如发现折叠、裂纹等缺陷,应立即停锻,排伤。
4.3.2终锻温度>750℃
4.3.3锻造火次分为两火锻造,第一火是荒坯定位同时留有欠压40~50mm量,第二火锻造至附图2形状及尺寸
注:叶型采用专用数据,其与榫头一周过渡的R控制位20~30mm,榫头锻造至 L6(175~180mm)、L7(100~110mm)及L8(50~60mm)
L6、L7、L8——叶片预锻荒型榫头部分的长、宽、高方向尺寸;
4.4冷却:空冷
4.5标刻:熔炼炉号、锭节号
4.6铣毛边:火次间要求机加去除毛边,残留毛边3~5mm;最终火次残留毛边≤2mm。
4.7吹砂:去除锻件表面污物
4.8打磨:排除表面缺陷
检验:检测工具:卡尺、卷尺
检测内容:根据预锻模热锻件图检查锻件尺寸、标刻内容
5坯料表面清理:
5.1吹砂:清理干净坯料表面污渍,以利于缺陷的发现;
5.2打磨:排除锻坯表面裂纹等缺陷
检验:检查坯料表面质量
6.坯料喷涂
6.1预热:将坯料放入300±50℃的电炉中预热保温5~8min
6.2喷涂:选用FR35对坯料表面进行喷涂或刷涂,涂层应均匀,涂层厚度0.2~0.3mm
6.3标识:恢复锭节号、炉代号
检验:检查坯料表面喷涂润滑剂质量及标识
7等温模锻
7.1模具安装及加热:模具加热时在上、下模之间加放数显表监测炉温
1)模具采用专用等温锻K3型模。
2)模具加热设备:电炉
3)以电炉功率为10%~20%的速率升温至200℃保温300min,以电炉功率为20%~30%的速率升温至400℃保温180min,然后以电炉功率为40%的速率升温至600℃保温240min,再以电炉功率为60%~70%的速率升温至750℃保温300min,最后以电炉功率为90%~100%的速率升温至相变点下40℃保温300min。
7.2坯料加热
7.2.1加热技术要求
1)坯料加热规范:加热温度为相变点上30℃,保温时间60分钟(保温系数:0.6~0.8mm/min)
2)加热过程采用巡检仪或数显表检测炉温,并根据此温度调节炉温(调整范围±5℃)
3)加热时坯料底部加垫耐火砖使坯料与炉底分开。
7.3等温模锻:10000t油压机
7.3.1锻造技术要求
1)转移过程用高温棉覆盖坯料,转移时间≤30s
2)锻压最大压力设定:2000t;锻件下压量约为50mm,前40mm,速度按0.1mm/s控制,后10mm,速度按0.05mm/s控制;
3)一火完成
7.4标刻:锭节号、炉代号
7.5锻后冷却:散开空冷(必须采用专用冷却支架使叶片处于竖立状态进行冷却)
7.6机加毛边:机加去除锻件毛边,允许残余毛边≤5mm
7.7吹砂、打磨:排除锻坯表面缺陷
检验:检测工具:钢板尺、卡钳
检测内容:锻件最终尺寸、加热温度、标刻内容
8.热处理:按热处理专用工艺及技术协议执行(装炉时,必须采用专用支架使叶片处于竖立状态);
9.理化:理化项目:化学成分、力学性能、高倍组织、低倍组织;
10.抛光:进行抛光;
11检验:用专用量具按锻件交付图测量尺寸;
12探伤:按技术协议要求进行探伤;
13终检:按锻件图及技术条件验收;
14入库。
Claims (1)
1.TC17钛合金叶片等温β锻的锻造方法,包括如下步骤:
步骤1:根据需要,切取相应长度的钛合金棒材料段,棱角倒圆角r,根据料段直径尺寸大小,选r=10~25mm;
步骤2:将步骤1料段加热并保温,由自由锻锤进行局部镦粗和拔长锻造,最终锻至T型荒坯,每个方向的变形量达到25%以上;
步骤3:将步骤2的荒坯加热并保温,模锻锤分两火进行模锻,并保证每火次的变形量为30~40%,进行冷却;
步骤4:将等温锻K3型模进行加热:以电炉功率为10%~20%的速率升温至200℃保温300min,以电炉功率为20%~30%的速率升温至400℃保温180min,然后以电炉功率为40%的速率升温至600℃保温240min,再以电炉功率为60%~70%的速率升温至750℃保温300min,最后以电炉功率为90%~100%的速率升温至相变点下40℃保温300min;
步骤5:将预锻件按规定喷涂的要求喷涂后再进行加热保温,随后由等温锻设备进行等温β锻造,在锻件下压量的前80%内,锻压速度按0.1mm/s控制,后20%,锻压速度按0.05mm/s控制,保证叶片榫头部位的变形量为40%以上,叶片型面部分变形量为50%~75%,最后进行冷却;
步骤6:叶片锻件热处理后,由专用测具和样板进行检测,再进行探伤,最后完成锻造。
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