CN108247288A - 一种Ti6242钛合金薄壁环件的加工制造方法 - Google Patents
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Abstract
Ti6242(AMS4976)钛合金薄壁环是主要应用于民用航空发动机短舱位置的一类重要零部件，在零件进行机械加工时常出现变形问题，零件尺寸一致性和稳定性较差。造成加工变形的主要因素主要为为环坯内部应力较高，且分布不均匀，如何最大限度的降低环件内应力，且使内应力较均匀分布，是解决该部件机械加工变形问题的关键因素。本发明所述的制造加工方法，从换件预制坯阶段就开始严格控制各个阶段的变形量和变形速率，最后轧制时还通过使用套装模具的轧制方式，保证了轧制过程中工件内应力的均匀分布，再通过胀形，使得锻件的内应力得到很好的降低，最后通过热处理，进一步稳定了Ti6242钛合金薄壁环件应力分布，得到应力符合机械加工要求的Ti6242钛合金薄壁环件。
Description
技术领域
本发明属于金属加工制造领域，具体涉及一种Ti6242钛合金薄壁环件的加工制造方法。
背景技术
Ti6242属于近α合金，国内牌号为TA19，因其良好的高温性能可用于航空发动机压气机部件和飞机蒙皮材料。Ti6242合金的名义成分为Ti-6A1-2Sn-4Zr-2Mo，其中添加铝是一种有效的α稳定元素；添加钼是中等含量的强β稳定元素；而添加的锡和锆是固溶强化元素，对相的稳定作用是中性的；这些合金元素的综合作用是产生一种弱β稳定的α+β合金，由于该合金是弱β稳定合金，所以该合金为近α型的α+β合金。Ti6242(AMS4976)钛合金薄壁环是主要应用于民用航空发动机短舱位置的一类重要零部件，在零件进行机械加工时常出现变形问题，零件尺寸一致性和稳定性较差。造成加工变形的主要因素主要为为环坯内部应力较高，且分布不均匀，如何最大限度的降低环件内应力，且使内应力较均匀分布，是解决该部件机械加工变形问题的关键因素。
中国专利(公开号：CN106586911A)公开了一种低应力TC4钛合金环件制造方法，使用冷胀形的方法对工件进行去应力操作，但由于TC4钛合金与Ti6242钛合金的性质差异较大，对Ti6242钛合金进行冷胀形的去应力方法并不能很好的去除其内部的应力，此外，在轧制过程中，上述方法并没有采取措施，用于解决在轧制过程中产生的内部应力分布不均匀的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种Ti6242钛合金薄壁环件的加工制造方法。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种Ti6242钛合金薄壁环件的加工制造方法，包括以下步骤：
步骤一：将Ti6242钛合金下料为棒料，放入炉中进行加热，加热至温度为910-975℃；
步骤二：对加热后的棒料进行保温，使其温度控制在930-950℃，然后将棒料放入锻压机中进行镦粗冲孔，制成环形坯；
步骤三：将环形坯进行加热，使其温度控制在950-975℃，对环形坯进行多火次轧制，每一火次轧制将环形坯的变形量控制在30±2％，环形坯胀大速率控制在3-7mm/s，当环形坯到达预计尺寸后停止轧制；
步骤四：将环形坯进行加热，使其温度控制在950-975℃，在环形坯的外部套装轧制模具，控制轧制芯辊的进给速度为0.5mm/s进行轧制，当达到目标尺寸时降低轧制芯辊的进给速度为0.05mm/s进行校园，然后取出得到Ti6242钛合金薄壁环件；
步骤五：将Ti6242钛合金薄壁环件进行加热，使其温度控制在910-930℃，对其进行胀形加工，第一次胀形量为0.6％～1.2％，第二次胀形将环形坯加工至设计尺寸；
步骤六：将胀形后的Ti6242钛合金薄壁环件进行加热，将其温度控制在980℃，并保温60min，然后将Ti6242钛合金薄壁环件取出进行空冷；
步骤七：将冷却后的Ti6242钛合金薄壁环件进行加热，将其温度控制在593℃，并保温8小时以上，随后取出Ti6242钛合金薄壁环件进行空冷，得到成品件。
步骤三中所述的预计尺寸为Ti6242钛合金薄壁环件设计尺寸的99±1％。
步骤四中所述的目标尺寸为Ti6242钛合金薄壁环件设计尺寸的100±1％。
步骤四中所述的轧制模具，也为钛合金环件，其壁厚为30-50mm，轧制模具的高度与Ti6242钛合金薄壁环件的高度一致，轧制模具的内径尺寸为Ti6242钛合金薄壁环件外径设计尺寸的101％。
在步骤五进行加热前，还包括对Ti6242钛合金薄壁环件的表面刷保温涂料的过程。
在步骤三中环形坯胀大速率控制在5mm/s。
在步骤五中，完成第二次胀形后再重复进行一次胀形加工，使Ti6242钛合金薄壁环件尺寸稳定。
在步骤四中，当Ti6242钛合金薄壁环件的外径设计尺寸为1400-1800mm，壁厚设计尺寸为20-25mm时，选取轧制模具的厚度为40mm。
本发明的有益效果在于：本发明所述的制造加工方法，从换件预制坯阶段就开始严格控制各个阶段的变形量和变形速率，最后轧制时还通过使用套装模具的轧制方式，保证了轧制过程中工件内应力的均匀分布，再通过胀形，使得锻件的内应力得到很好的降低，最后通过热处理，进一步稳定了Ti6242钛合金薄壁环件应力分布，得到应力符合机械加工要求的Ti6242钛合金薄壁环件。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
一种Ti6242钛合金薄壁环件的加工制造方法，包括以下步骤：
步骤一：将Ti6242钛合金下料为棒料，放入炉中进行加热，加热至温度为910-975℃；
步骤二：对加热后的棒料进行保温，使其温度控制在930-950℃，然后将棒料放入锻压机中进行镦粗冲孔，制成环形坯；
步骤三：将环形坯进行加热，使其温度控制在950-975℃，对环形坯进行多火次轧制，每一火次轧制将环形坯的变形量控制在30±2％，环形坯胀大速率控制在3-7mm/s，当环形坯到达预计尺寸后停止轧制；
步骤四：将环形坯进行加热，使其温度控制在950-975℃，在环形坯的外部套装轧制模具，控制轧制芯辊的进给速度为0.5mm/s进行轧制，当达到目标尺寸时降低轧制芯辊的进给速度为0.05mm/s进行校园，然后取出得到Ti6242钛合金薄壁环件；
步骤五：将Ti6242钛合金薄壁环件进行加热，使其温度控制在910-930℃，对其进行胀形加工，第一次胀形量为0.6％～1.2％，第二次胀形将环形坯加工至设计尺寸；
步骤六：将胀形后的Ti6242钛合金薄壁环件进行加热，将其温度控制在980℃，并保温60min，然后将Ti6242钛合金薄壁环件取出进行空冷；
步骤七：将冷却后的Ti6242钛合金薄壁环件进行加热，将其温度控制在593℃，并保温8小时以上，随后取出Ti6242钛合金薄壁环件进行空冷，得到成品件。
步骤三中所述的预计尺寸为Ti6242钛合金薄壁环件设计尺寸的99±1％。
步骤四中所述的目标尺寸为Ti6242钛合金薄壁环件设计尺寸的100±1％。
步骤四中所述的轧制模具，也为钛合金环件，其壁厚为30-50mm，轧制模具的高度与Ti6242钛合金薄壁环件的高度一致，轧制模具的内径尺寸为Ti6242钛合金薄壁环件外径设计尺寸的101％。
在步骤五进行加热前，还包括对Ti6242钛合金薄壁环件的表面刷保温涂料的过程。
在步骤三中环形坯胀大速率控制在5mm/s。
在步骤五中，完成第二次胀形后再重复进行一次胀形加工，使Ti6242钛合金薄壁环件尺寸稳定。
在步骤四中，当Ti6242钛合金薄壁环件的外径设计尺寸为1400-1800mm，壁厚设计尺寸为20-25mm时，选取轧制模具的厚度为40mm。
本发明在不同加热工序中选用了不同的加热温度：墩粗冲孔阶段使用中间加热温度，防止变形过程中环坯温度升到引起过热过烧；轧制阶段选用较高加热温度，避免环坯壁厚薄时散热过快；胀形加热选用最低加热温度，防止转移过程变形。
在终轧制过程中带工装轧制，提高轧制稳定性，使环件内应力均匀分布，经过胀形处理，有效降低环件的内应力。
本发明所述的制造加工方法，从换件预制坯阶段就开始严格控制各个阶段的变形量和变形速率，最后轧制时还通过使用套装模具的轧制方式，保证了轧制过程中工件内应力的均匀分布，再通过胀形，使得锻件的内应力得到很好的降低，最后通过热处理，进一步稳定了Ti6242钛合金薄壁环件应力分布，得到应力符合机械加工要求的Ti6242钛合金薄壁环件。
Claims (8)
1.一种Ti6242钛合金薄壁环件的加工制造方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：将Ti6242钛合金下料为棒料，放入炉中进行加热，加热至温度为910-975℃；
步骤二：对加热后的棒料进行保温，使其温度控制在930-950℃，然后将棒料放入锻压机中进行镦粗冲孔，制成环形坯；
步骤三：将环形坯进行加热，使其温度控制在950-975℃，对环形坯进行多火次轧制，每一火次轧制将环形坯的变形量控制在30±2％，环形坯胀大速率控制在3-7mm/s，当环形坯到达预计尺寸后停止轧制；
步骤四：将环形坯进行加热，使其温度控制在950-975℃，在环形坯的外部套装轧制模具，控制轧制芯辊的进给速度为0.5mm/s进行轧制，当达到目标尺寸时降低轧制芯辊的进给速度为0.05mm/s进行校园，然后取出得到Ti6242钛合金薄壁环件；
步骤五：将Ti6242钛合金薄壁环件进行加热，使其温度控制在910-930℃，对其进行胀形加工，第一次胀形量为0.6％～1.2％，第二次胀形将环形坯加工至设计尺寸；
步骤六：将胀形后的Ti6242钛合金薄壁环件进行加热，将其温度控制在980℃，并保温60min，然后将Ti6242钛合金薄壁环件取出进行空冷；
步骤七：将冷却后的Ti6242钛合金薄壁环件进行加热，将其温度控制在593℃，并保温8小时以上，随后取出Ti6242钛合金薄壁环件进行空冷，得到成品件。
2.如权利要求1所述的Ti6242钛合金薄壁环件的加工制造方法，其特征在于：步骤三中所述的预计尺寸为Ti6242钛合金薄壁环件设计尺寸的99±1％。
3.如权利要求1所述的Ti6242钛合金薄壁环件的加工制造方法，其特征在于：步骤四中所述的目标尺寸为Ti6242钛合金薄壁环件设计尺寸的100±1％。
4.如权利要求1所述的Ti6242钛合金薄壁环件的加工制造方法，其特征在于：也为钛合金环件，其壁厚为30-50mm，轧制模具的高度与Ti6242钛合金薄壁环件的高度一致，轧制模具的内径尺寸为Ti6242钛合金薄壁环件外径设计尺寸的101％。
5.如权利要求1所述的Ti6242钛合金薄壁环件的加工制造方法，其特征在于：在步骤五进行加热前，还包括对Ti6242钛合金薄壁环件的表面刷保温涂料的过程。
6.如权利要求1所述的Ti6242钛合金薄壁环件的加工制造方法，其特征在于：在步骤三中环形坯胀大速率控制在5mm/s。
7.如权利要求1所述的Ti6242钛合金薄壁环件的加工制造方法，其特征在于：在步骤五中，完成第二次胀形后再重复进行一次胀形加工，使Ti6242钛合金薄壁环件尺寸稳定。
8.如权利要求1所述的Ti6242钛合金薄壁环件的加工制造方法，其特征在于：当Ti6242钛合金薄壁环件的外径设计尺寸为1400-1800mm，壁厚设计尺寸为20-25mm时，选取轧制模具的厚度为40mm。
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