CN108435999B - 一种钛合金环锻件防变形锻造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛合金环锻件防变形锻造工艺，包括以下步骤：下料；冲孔；预轧成型；终轧成型；热扩：将终轧成型后的环锻件加热至温度为920°～980°，通过扩环机对环锻件进行热扩环，扩环量设置在1％～1.5％；固溶热处理；温扩：将固溶热处理后的环锻件加热至温度为550°～600°，通过扩环机对环锻件进行温扩环，扩环量设置在1％～3％；时效热处理。通过上述方式，本发明能够通过终轧过程中优选轧制参数，并采用单独进行扩环来获得较理想的产品圆度，降低钛合金材料由于记忆特性在固溶过程产生变形的程度。
Description
技术领域
本发明涉及环锻件加工技术领域，特别是涉及一种钛合金环锻件防变形锻造工艺。
背景技术
钛合金材料具有密度低，且在高温下具有良好的抗蠕变性能等特点，钛合金材料由于其优越的综合性能越来越多的被应用于航空发动机领域。但该材料具有一定的记忆特性，在热处理及机加工过程易发生产品变形，变形程度严重时可高达1.5％，导致后续尺寸达不到设计要求，产品尺寸一致性及精度差，最终成品率低。以上缺陷在大型薄壁环形件加工过程中表现尤为明显。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种钛合金环锻件防变形锻造工艺，能够降低钛合金材料由于记忆特性在锻造过程产生变形的程度。
为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种钛合金环锻件防变形锻造工艺，包括以下步骤：
下料：按工艺要求对原材料进行切割并倒角；
冲孔：将下料后的坯料加热至温度为920°～980°，保温3～5小时后，通过压机对坯料进行镦粗及冲孔；
预轧成型：将完成冲孔后的环锻件加热至温度为920°～980°，保温1～3小时后，通过环轧机对环锻件进行多次预轧成型，每次预轧成型中环轧机的轧制量设置在20％～30％，且每次预轧成型中环轧机的环轧进给速度及抱轮压力逐渐降低；
终轧成型：在预轧成型后的环锻件的表面涂有保温涂层；将环锻件加热至温度为920°～980°，保温0.5～2小时后，通过环轧机对环锻件进行终轧成型；终轧成型中环轧机的轧制量设置在10％～16％；
热扩：将终轧成型后的环锻件加热至温度为920°～980°，保温0.5～2小时后，通过扩环机对环锻件进行热扩环，扩环量设置在1％～1.5％；
固溶热处理：通过热处理炉对热扩后的环锻件进行热处理，在970°～985°的温度下保温1～2小时后，将环锻件取出冷却；
温扩：将固溶热处理后的环锻件加热至温度为550°～600°，保温0.5～2小时后，通过扩环机对环锻件进行温扩环，扩环量设置在1％～3％；
时效热处理：通过热处理炉对温扩后的环锻件进行热处理，在550°～600°的温度下保温7～10小时后，将环锻件取出冷却。
优选的，所述加热均通过燃气炉完成。
优选的，所述预轧成型至少进行3次。
优选的，在终轧成型中，将环轧机的初始进给速度设置在0.5mm/s～0.8mm/s，最终进给速度设置在0.1mm/s～0.2mm/s，成圆进给速度控制在0.05mm/s～0.1mm/s。
优选的，在终轧成型中，环轧机的抱轮压力在初始阶段、最终阶段、成圆阶段依次设定为8Mpa～12Mpa、10Mpa～15Mpa、8Mpa～12Mpa。
优选的，在热扩完成后，环锻件的温度高于750℃。
优选的，在固溶热处理中，热处理炉内设置有垫环，环锻件放置在垫环上进行热处理。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列有益效果：
提供了一种钛合金环锻件防变形锻造工艺，通过终轧过程中优选轧制参数，并采用单独进行扩环来获得较理想的产品圆度，降低钛合金材料由于记忆特性在热处理过程产生变形的程度。采用温扩工艺来矫正由于记忆特性在固溶热处理过程中产生的变形，并使环锻件残余应力均匀化，降低后续加工过程中的变形风险。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
一种钛合金环锻件防变形锻造工艺，包括以下步骤：
下料：按工艺要求对原材料进行切割，并倒角以降低后续压高过程由于存在变形死区导致的折叠缺陷。
冲孔：通过高温燃气炉将下料后的坯料加热至温度为920°～980°，保温3～5小时后，通过压机对坯料进行镦粗，使坯料高度减小而横截面增大，再通过压机对坯料进行冲孔。
预轧成型：通过高温燃气炉将完成冲孔后的环锻件加热至温度为920°～980°，保温1～3小时后，将环锻件从高温燃气炉内取出并转移到环轧机上进行多火次预轧制成形。优选的，预轧成型至少进行3次。每次预轧成型中环轧机的轧制量设置在20％～30％，且每次预轧成型中环轧机的环轧进给速度及抱轮压力逐渐降低。
终轧成型：在预轧成型后的环锻件的表面涂有保温涂料，配合使用保温涂层，防止在轧制过程由于温度偏低导致环锻件开裂，在提高生产效率的同时还提高了产品的合格率。通过高温燃气炉将环锻件加热至温度为920°～980°，保温0.5～2小时后，将环锻件从高温燃气炉内取出并转移到环轧机上进行最后一步的终轧成型。同时在终轧成型过程降低变形量，一般控制在10％-16％之间。
在终轧成型的过程优选合理的轧制参数，将环轧机的初始进给速度设置在0.5mm/s～0.8mm/s，最终进给速度设置在0.1mm/s～0.2mm/s，成圆进给速度控制在0.05mm/s～0.1mm/s。环轧机的抱轮压力在初始阶段、最终阶段、成圆阶段依次设定为8Mpa～12Mpa、10Mpa～15Mpa、8Mpa～12Mpa。终轧成型中环轧机的轧制量设置在10％～16％。成圆量设定为产品要求轧制尺寸的3.5％～5％。通过这些优选参数的设定以轧制出较好的产品圆度，降低后续热处理过程由于其记忆特性导致的变形风险。
热扩：热扩过程中采用单独一火进行热扩环，单独一火是指只单独做扩环，即此时只做扩环，不做环轧。通过高温燃气炉将终轧成型后的环锻件加热至温度为920°～980°，保温0.5～2小时后，将终轧成型的环锻件从高温燃气炉内取出并转移到扩环机上进行热扩环。扩环量设置在1％～1.5％。在热扩完成后，控制环锻件的温度高于750℃，进一步降低后续热处理过程由于其记忆特性导致的变形风险。
固溶热处理：通过热处理炉对热扩后的环锻件进行热处理，在970°～985°的温度下保温1～2小时后，将环锻件取出冷却。固溶热处理过程中，产品底部加表面平整度好的垫环进行支撑，防止由于底部不平导致产品在高温固溶下材料较软而产生局部塌陷变形。
温扩：在固溶热处理后、时效热处理前进行温扩。通过高温燃气炉将固溶热处理后的环锻件加热至温度为550°～600°，保温0.5～2小时后，通过扩环机对环锻件进行温扩环，扩环量设置在1％～3％，使产品在较低的温度下产生一定程度的塑性变形。通过温扩一方面可以矫正前面固溶热处理过程中由于材料记忆特性反应出来的变形，另一方面还可以使环锻件内部的残余应力相对均匀化，降低后续客户端机加工过程发生变形的风险。
时效热处理：通过热处理炉对温扩后的环锻件进行热处理，在550°～600°的温度下保温7～10小时后，将环锻件取出冷却。固溶热处理和时效热处理中的热处理炉可以选用箱式电阻炉、井式电阻炉等。
本发明随机选取600个由本发明的锻造工艺制得的钛合金环锻件和400个由现有锻造工艺制得的钛合金环锻件分为两批，每一批分为五组，分别在室温条件和高温条件下进行测试。每一批的前三组每组100个由现有锻造工艺制得的钛合金环锻件，后两组每组100个由本发明的锻造工艺制得的钛合金环锻件。通过抗拉强度测试机、拉力试验机、延伸率测试仪、卡尺、蠕变试验机来测试钛合金环锻件分别在室温和高温条件下的抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率、蠕变性能，具体测试结果如表1和表2所示。
表1和表2中的第一组、第二组和第三组的钛合金环锻件由本发明的锻造工艺制得，第四组和第五组的钛合金环锻件由现有的锻造工艺制得。钛合金环锻件满足以下性能要求，环锻件在后续工序中发生变形的风险小，也就是钛合金环锻件满足以下性能要求即为合格产品。
钛合金环锻件的性能要求：
(1)室温拉伸：抗拉强度≥951MPa，屈服强度≥862MPa，延伸率≥10％，断面收缩率≥25％，蠕变≤0.15％；
(2)高温拉伸：抗拉强度≥621MPa，屈服强度≥483MPa，延伸率≥15％，断面收缩率≥30％，蠕变≤0.15％。
表1钛合金环锻件在室温条件下的拉伸测试结果
| 测试项目 | 第一组 | 第二组 | 第三组 | 第四组 | 第五组 |
| 抗拉强度≥951MPa | 98％ | 96％ | 95％ | 72％ | 69％ |
| 屈服强度≥862MPa | 95％ | 97％ | 98％ | 70％ | 73％ |
| 延伸率≥10％ | 95％ | 98％ | 97％ | 73％ | 71％ |
| 断面收缩率≥25％ | 96％ | 95％ | 98％ | 71％ | 72％ |
| 蠕变≤0.15％ | 98％ | 97％ | 96％ | 72％ | 70％ |
表2钛合金环锻件在高温条件下的拉伸测试结果
| 测试项目 | 第一组 | 第二组 | 第三组 | 第四组 | 第五组 |
| 抗拉强度≥621MPa | 96％ | 97％ | 98％ | 71％ | 70％ |
| 屈服强度≥483MPa | 97％ | 96％ | 96％ | 69％ | 68％ |
| 延伸率≥15％ | 98％ | 98％ | 98％ | 70％ | 72％ |
| 断面收缩率≥30％ | 98％ | 96％ | 97％ | 68％ | 70％ |
| 蠕变≤0.15％ | 97％ | 96％ | 95％ | 70％ | 73％ |
从表1和表2中可以看出，第四组和第五组的钛合金环锻件的产品合格率在70％左右，第一组、第二组和第三组的钛合金环锻件的产品合格率可以达到95％以上。由此可见，通过本发明的锻造工艺制得的钛合金环锻件的产品合格率大大高于通过现有的锻造工艺制得的钛合金环锻件的产品合格率，在降低产品变形量的情况下能够有效保证产品的合格率。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种钛合金环锻件防变形锻造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
下料：按工艺要求对原材料进行切割并倒角；
冲孔：将下料后的坯料加热至温度为920°～980°，保温3～5小时后，通过压机对坯料进行镦粗及冲孔；
预轧成型：将完成冲孔后的环锻件加热至温度为920°～980°，保温1～3小时后，通过环轧机对环锻件进行多次预轧成型，每次预轧成型中环轧机的轧制量设置在20％～30％，且每次预轧成型中环轧机的环轧进给速度及抱轮压力逐渐降低；
终轧成型：在预轧成型后的环锻件的表面涂有保温涂层；将环锻件加热至温度为920°～980°，保温0.5～2小时后，通过环轧机对环锻件进行终轧成型；终轧成型中环轧机的轧制量设置在10％～16％；在终轧成型中，将环轧机的初始进给速度设置在0.5mm/s～0.8mm/s，最终进给速度设置在0.1mm/s～0.2mm/s，成圆进给速度控制在0.05mm/s～0.1mm/s；
热扩：将终轧成型后的环锻件加热至温度为920°～980°，保温0.5～2小时后，通过扩环机对环锻件进行热扩环，扩环量设置在1％～1.5％；
固溶热处理：通过热处理炉对热扩后的环锻件进行热处理，在970°～985°的温度下保温1～2小时后，将环锻件取出冷却；
温扩：将固溶热处理后的环锻件加热至温度为550°～600°，保温0.5～2小时后，通过扩环机对环锻件进行温扩环，扩环量设置在1％～3％；
时效热处理：通过热处理炉对温扩后的环锻件进行热处理，在550°～600°的温度下保温7～10小时后，将环锻件取出冷却。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金环锻件防变形锻造工艺，其特征在于：所述加热均通过燃气炉完成。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金环锻件防变形锻造工艺，其特征在于：所述预轧成型至少进行3次。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金环锻件防变形锻造工艺，其特征在于：在终轧成型中，环轧机的抱轮压力在初始阶段、最终阶段、成圆阶段依次设定为8Mpa～12Mpa、10Mpa～15Mpa、8Mpa～12Mpa。
5.根据权利要求1所述的一种钛合金环锻件防变形锻造工艺，其特征在于：在热扩完成后，环锻件的温度高于750℃。
6.根据权利要求1所述的一种钛合金环锻件防变形锻造工艺，其特征在于：在固溶热处理中，热处理炉内设置有垫环，环锻件放置在垫环上进行热处理。
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