CN109648030B - 一种TiAl基合金开坯锻造模具 - Google Patents
一种TiAl基合金开坯锻造模具 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种TiAl基合金开坯锻造模具，包括上模座和下模座，上模块和下模块，上模块通过紧固盘固定在一起，紧固盘侧面有耳片通过螺栓连接在上模座上，下模块通过两片紧固盘固定在一起，紧固盘侧面有耳片通过螺栓连接在下模座上。这样的设置使得，模具变形抗力大，模具材料的选用合理，拼接、紧固结构的科学设计，能显著提高模具的使用效率和使用寿命、降低使用成本，同时确保产品的锻造品质，应用前景好。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工设备领域，涉及一种TiAl基合金开坯锻造模具。
背景技术
TiAl基合金具有低密度、高比强度、高比刚度、以及较高的蠕变抗力等优点，有潜力替代600～900℃范围内使用的比重较大的传统Ni基高温合金，实现动力装备节能减排和提高性能的目标。经过多年发展，多种铸造和锻造 TiAl基合金已成功应用于航空发动机低压涡轮叶片以及高性能汽车发动机增压涡轮、排气阀等部件。但是，由于γ-TiAl相的本征脆性，TiAl基合金热变形过程中变形抗力大、加工窗口狭窄，对变形工艺、装备及模具材料提出苛刻要求，从而显著提升了加工成本，限制了TiAl基合金工业应用范围的扩大。
出于工艺和成本的综合考虑，目前国内外普遍采用包套热模锻的方法对 TiAl基合金铸锭进行开坯锻造，为合金后续热变形提供显微组织准备。而该热模锻方法通常要将包套后的TiAl合金铸锭加热到1300℃、模具加热到 600～900℃，且TiAl基合金变形抗力大，普通的热作模具钢难以承受。部分单位采用铸造K3高温合金作为模具材料以解决该问题，但是结构没有创新仍然是整体平模结构，由于K3合金模具加工成本高，而且在高温、氧化、热冲击、热循环过程中易损坏，损坏后修复困难，导致该整体模具综合利用效率低。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种TiAl基合金开坯锻造模具，解决了普通模具变形抗力小的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种TiAl基合金开坯锻造模具，包括上模座和下模座，上模块和下模块，上模块通过紧固盘固定在一起，紧固盘侧面有耳片通过螺栓连接在上模座上，下模块通过紧固盘固定在一起，紧固盘侧面有耳片通过螺栓连接在下模座上。
进一步的，上模块和下模块由含有Ti、Al、Nb、W、B、Y的铸锭锻造而成，Ti的原子百分比为54-42.4，Al的原子百分比为42-48，Nb的原子百分比为4-9，W的原子百分比为0-0.25，B的原子百分比为0-0.2，Y的原子百分比为0-0.15，上模块和下模块分别是由四个1/4圆盘拼接而成，高Nb-TiAl 基合金相对普通TiAl基合金热变形抗力更大、更耐温、更抗氧化和蠕变，且在开坯锻造过程中，加热出炉后的TiAl基合金铸锭坯料外面有包套，与较低温度下保温的高Nb-TiAl基合金模块存在明显的温度差、强度差，另外铸造合金相对锻造合金硬度更高，因此铸造高Nb-TiAl基合金适合作为模具材料，可以实现铸锭的顺利变形；模块的形状为圆盘，从高Nb-TiAl基合金真空自耗电弧熔炼铸锭上沿径向线切割一整个圆盘，再将该圆盘加工成1/4圆盘，采用4块拼接的结构，能扩展模块的面积；所述的模座选用的材料为耐热钢，由于高Nb-TiAl基合金模块直接与铸锭接触隔绝了相当一部分热量，因此采用热强度相对较低的耐热钢，满足强度要求的同时降低成本。
进一步的，1/4圆盘的圆弧面的中部设有凹槽，紧固盘插入由四个1/4圆盘组成的模块的圆弧面的凹槽内，两个半圆环形金属件之间通过焊接块焊接固定，使四个1/4圆盘组成一个圆形模块，然后紧固盘两侧的耳片可以和模座之间通过螺栓连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
一种TiAl基合金开坯锻造模具，包括上模座和下模座，上模块和下模块，上模块通过紧固盘固定在一起，紧固盘侧面有耳片通过螺栓连接在上模座上，下模块通过两片紧固盘固定在一起，紧固盘侧面有耳片通过螺栓连接在下模座上这样的设置使得，模具变形抗力大，模具材料的选用合理，拼接、紧固结构的科学设计，能显著提高模具的使用效率和使用寿命、降低使用成本，同时确保产品的锻造品质。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是本发明的结构剖视图；
附图3是1/4圆盘的结构示意图；
其中，1为上模块，2为紧固盘，3为焊接块，4为耳片，5为上模座，6 为1/4圆盘，7为下模块，8为下模座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
下面给出具体的实施例。
一种TiAl基合金开坯锻造模具，包括上模座5和下模座8，上模块1和下模块7，上模块1通过两片紧固盘2固定在一起，紧固盘2侧面有耳片4 通过螺栓连接在上模座5上，下模块7通过两片紧固盘2固定在一起，紧固盘2侧面有耳片4通过螺栓连接在下模座8上。
实施例1：上模块1和下模块7由含有Ti、Al、Nb、W、B、Y的铸锭锻造而成，Ti的原子百分比为54-42.4，Al的原子百分比为42-48，Nb的原子百分比为4-9，W的原子百分比为0-0.25，B的原子百分比为0-0.2，Y的原子百分比为0-0.15，上模块1和下模块7分别是由四个1/4圆盘6拼接而成，高Nb-TiAl基合金相对普通TiAl基合金热变形抗力更大、更耐温、更抗氧化和蠕变，且在开坯锻造过程中，加热出炉后的TiAl基合金铸锭坯料外面有包套，与较低温度下保温的高Nb-TiAl基合金模块存在明显的温度差、强度差，另外铸造合金相对锻造合金硬度更高，因此铸造高Nb-TiAl基合金适合作为模具材料，可以实现铸锭的顺利变形；模块的形状为圆盘，直接从高 Nb-TiAl基合金真空自耗电弧熔炼铸锭上沿径向线切割一整个圆盘，再将该圆盘加工成1/4圆盘6，采用4块拼接的结构，能扩展模块1的面积；所述的模座5选用的材料为耐热钢，由于高Nb-TiAl基合金模块1直接与铸锭接触隔绝了相当一部分热量，因此采用热强度相对较低的耐热钢，满足强度要求的同时降低成本，在使用时，首先将坯料加热，，到预定温度后按规定时间保温，保温结束，打开电炉，将高温TiAl合金坯料转移到压机内，上模座5 带着上模块1，下模座8带着下模块7在压机的作用下相向运动，将坯料锻造成型，锻造结束，升起上压头，将变形后TiAl合金坯料取出空冷、或者包石棉缓慢冷却。
1/4圆盘6的圆弧面的中部设有凹槽，紧固盘2插入由四个1/4圆盘6组成的模块1的圆弧面的凹槽内，两个半圆环形金属件之间通过焊接块3焊接固定，使四个1/4圆盘6组成一个圆形模块1，然后紧固盘2两侧的耳片4 可以和模座5之间通过螺栓连接。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种TiAl基合金开坯锻造模具，其特征在于，包括上模座(5)和下模座(8)，上模块(1)和下模块(7)，上模块(1)通过紧固盘(2)固定在一起，紧固盘(2)侧面的耳片(4)通过螺栓连接在上模座(5)上，下模块(7)通过紧固盘(2)固定在一起，紧固盘(2)侧面的耳片(4)通过螺栓连接在下模座(8)上，所述上模块(1)和下模块(7)的材料均为高Nb-TiAl基合金。
2.根据权利要求1所述的一种TiAl基合金开坯锻造模具，其特征在于，所述的紧固盘(2)由两个半圆环形金属件组成。
3.根据权利要求1所述的一种TiAl基合金开坯锻造模具，其特征在于，所述的上模块(1)和下模块(7)由含有Ti、Al、Nb、W、B、Y的铸锭锻造而成。
4.根据权利要求3所述的一种TiAl基合金开坯锻造模具，其特征在于，所述的铸锭的Ti的原子百分比为54-42.4，Al的原子百分比为42-48，Nb的原子百分比为4-9，W的原子百分比为0-0.25，B的原子百分比为0-0.2，Y的原子百分比为0-0.15。
5.根据权利要求2所述的一种TiAl基合金开坯锻造模具，其特征在于，所述的上模块(1)和下模块(7)都是由四个1/4圆盘(6)拼接而成。
6.根据权利要求5所述的一种TiAl基合金开坯锻造模具，其特征在于，所述的1/4圆盘(6)的圆弧面的中部设有凹槽。
7.根据权利要求6所述的一种TiAl基合金开坯锻造模具，其特征在于，所述的紧固盘(2)插入由四个1/4圆盘(6)组成的上模块(1)和下模块(7)的圆弧面的凹槽内，两个半圆环形金属件之间在焊接块(3)处焊接固定。
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