CN110090915A - 一种航空发动机用喷嘴的加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本方案公开了机械制造领域的一种航空发动机用喷嘴的加工工艺，包括以下步骤：模具制作：按预加工喷嘴的长度和直径尺寸设计预锻模和精锻模；下料制坯：在电炉中加入坯料并加热至1140～1160℃，按0.4～0.8mm/min保温30～40min，保温完成后，将坯料从电炉中取出放在560kg空气锤上锻扁、拔方脚、修伤和着色，再进行二次加热，并在16000KN压力机上放入预锻模中弯曲得到预锻坯料；成型：将预锻坯料进行修伤和着色后放入电炉中加热，并在16000KN压力机上将预锻坯料放入精锻模中成形、切边和风冷得到锻件；热处理：将锻件放入电炉加热至1145～1155℃并保湿20～35min，再进行空冷；表面处理：将锻件进行100％电化学抛光得到喷嘴成品。采用本申请加工得到喷嘴锻件的晶粒度明显高于现有技术。

Description

一种航空发动机用喷嘴的加工工艺
技术领域
本发明属于机械制造领域，具体涉及一种航空发动机用喷嘴的加工工艺。
背景技术
航空发动机用喷嘴是发动机的常用配置零件，该喷嘴零件主要用于航空发动机火焰燃烧室高温火焰喷口，现在制作该系列喷嘴零件材料为GH536高温合金，由于GH536是含Fe量高(质量百分比占17.0％～20.0％)的镍基高温合金，具有良好的抗氧化和耐腐蚀性能，在900℃一下具有较好的持久和蠕变强度，因此适用于制造航空发动机的火焰燃烧室喷嘴等部件以及其他高温部件，而该系列喷嘴性能指标要求高，晶粒度要求细于7级才能满足设计要求。
目前采用GH536高温合金制作该系列喷嘴的工艺大都包括：(1)模具制作，按锻件尺寸设计预锻模、精锻模，模具设计好后制作锻模，制作切边模，调质后调试生产；(2)制坯，下料Φ60×100(2.4kg)，用箱式电炉加热坯料至1180℃，按0.4～0.8mm/min，保温25～50min。坯料到保温时间后从电炉取出，在560kg空气锤上拔方脚、修伤、着色检查后再加热并在16000KN压力机上放入弯曲模中弯曲、并放入预锻型腔中预锻，完制坯；(3)成型阶段，将预后的锻件、修伤、着色检查无缺陷后按(2)再要求加热，并在16000KN压力机上放入精锻模成形、切边、空冷，完成最终锻件成型；(4)热处理：将锻件放入箱式电炉，随炉升温至1175℃，保湿25min，空冷。按照上述方式进行加工，很多企业加工的产品都有误差，虽然都能够满足性能指标的设计要求，但是晶粒度只能达到4～5级，这就导致加工得到的喷嘴高温强度低，使用寿命短。
发明内容
本发明意在提供一种航空发动机用喷嘴的加工工艺，以解决采用现有技术加工得到的喷嘴晶粒度低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种航空发动机用喷嘴的加工工艺，包括以下步骤：
模具制作：按预加工喷嘴的长度和直径尺寸设计预锻模和精锻模；
下料制坯：在电炉中加入坯料并加热至1140～1160℃，按0.4～0.8mm/min保温30～40min，保温完成后，将坯料从电炉中取出放在560kg空气锤上锻扁、拔方脚、修伤和着色，再进行二次加热，并在16000KN压力机上放入预锻模中弯曲得到预锻坯料；
成型：将预锻坯料进行修伤和着色后放入电炉中加热，并在16000KN压力机上将预锻坯料放入精锻模中成形、切边和风冷得到锻件；
热处理：将锻件放入电炉加热至1145～1155℃并保湿20～35min，再进行空冷；
表面处理：将锻件进行100％电化学抛光得到喷嘴成品。
本发明的工作原理及其有益效果：
根据设计要求，喷嘴零件的头部是非配合部分(不加工)，具有足够的设计强度，锻件直接锻造成型(净近成型)，因杆部太细，使用直径仅φ12，且是配合部分，需放余量加工。设计锻件图时，单面加放了2mm加工余量，杆部尺寸为φ16。用φ60的圆棒拔脚至φ20时，小脚端变形量达到89％，落到临界变形量范围(GH536变形量控制范围30％～85％)，大端未拔部分及至靠近已拔部分约50mm段的变形量为0～30％，同样落到临界变形量范围，是造成锻件最终晶粒度仅4～5级的原因之一。将锻件设计图改进后，并按要求用φ65棒料进行制坯，变形量在46.2％～48.9％，确保制坯时变形量避开临界变形量，有利于细化晶粒，防止晶粒长大。
原工艺锻造加热温度为1180℃。调整锻件加热温度至1170℃，锻造温度控制在1000℃～1170℃(用接触式测温仪检测锻件终锻温度，下同)之间，整形温度控制在1000℃～950℃之间，这是因为高温合金加热、锻造温度敏感，晶粒粗大和塑性急剧降低，同时由于冷作硬化原因需提高并控制终锻温度，使用模具、工夹具等均预热。
在1100℃～1200℃固溶温度范围内，GH536合金的晶粒度和力学性能随着固溶温度的变化而变化。随着固溶温度的提高，晶粒度也随着增大，室温强度降低、塑性提高，高温强度和高温塑性也越高，冷、热疲劳性能也随着提高，当固溶温度1140℃～1160℃，综合性能最佳，晶粒度也比较理想、疲劳性能也好。该喷嘴壳体固溶温度选择1145～1155℃。
进一步，所述下料制坯步骤中，将坯料在电炉中加热至1150℃。
进一步，所述预锻模采用H13材料制作。
进一步，所述精锻模采用5CrNiMo制作。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例1：
一种航空发动机用喷嘴的加工工艺，包括以下步骤：
模具制作：按预加工喷嘴的长度和直径尺寸设计预锻模和精锻模，选用H13材料制作锻模，选用5CrNiMo制作精锻模；
下料制坯：原材料采购与控制,在指定的合格供应商中按HB5497标准采购Φ65规格棒，棒料复验化学成份、力学性能、低倍组织、显微组织、晶粒度(要求细于4级)、探伤(检查内部质量A级)等，下料Φ65×80，用箱式电炉加热坯料至1140℃，按0.4mm/min，保温30min。坯料到保温时间后从电炉取出，在560kg空气锤上锻扁、拔方脚，修伤、着色检查后再加热并在16000KN压力机上放入预锻模中弯曲、预锻初步完成制坯(大致成形，由型腔高度控制变形量25％)；
成型：将预锻坯料进行修伤和着色后放入电炉中加热，并在16000KN压力机上将预锻坯料放入精锻模中成形、切边和风冷得到锻件；
热处理：将锻件放入电炉加热至1145℃并保湿20min，再进行空冷；
表面处理：将锻件进行100％电化学抛光得到喷嘴成品。
实施例2：
一种航空发动机用喷嘴的加工工艺，包括以下步骤：
模具制作：按预加工喷嘴的长度和直径尺寸设计预锻模和精锻模，选用H13材料制作锻模，选用5CrNiMo制作精锻模；
下料制坯：原材料采购与控制,在指定的合格供应商中按HB5497标准采购Φ65规格棒，棒料复验化学成份、力学性能、低倍组织、显微组织、晶粒度(要求细于4级)、探伤(检查内部质量A级)等，下料Φ65×80，用箱式电炉加热坯料至1150℃，按0.6mm/min，保温35min。坯料到保温时间后从电炉取出，在560kg空气锤上锻扁、拔方脚，修伤、着色检查后再加热并在16000KN压力机上放入预锻模中弯曲、预锻初步完成制坯(大致成形，由型腔高度控制变形量25％)；
成型：将预锻坯料进行修伤和着色后放入电炉中加热，并在16000KN压力机上将预锻坯料放入精锻模中成形、切边和风冷得到锻件；
热处理：将锻件放入电炉加热至1150℃并保湿28min，再进行空冷；
表面处理：将锻件进行100％电化学抛光得到喷嘴成品。
实施例3：
一种航空发动机用喷嘴的加工工艺，包括以下步骤：
模具制作：按预加工喷嘴的长度和直径尺寸设计预锻模和精锻模，选用H13材料制作锻模，选用5CrNiMo制作精锻模；
下料制坯：原材料采购与控制,在指定的合格供应商中按HB5497标准采购Φ65规格棒，棒料复验化学成份、力学性能、低倍组织、显微组织、晶粒度(要求细于4级)、探伤(检查内部质量A级)等，下料Φ65×80，用箱式电炉加热坯料至1160℃，按0.8mm/min，保温40min。坯料到保温时间后从电炉取出，在560kg空气锤上锻扁、拔方脚，修伤、着色检查后再加热并在16000KN压力机上放入预锻模中弯曲、预锻初步完成制坯(大致成形，由型腔高度控制变形量25％)；
成型：将预锻坯料进行修伤和着色后放入电炉中加热，并在16000KN压力机上将预锻坯料放入精锻模中成形、切边和风冷得到锻件；
热处理：将锻件放入电炉加热至1155℃并保湿35min，再进行空冷；
表面处理：将锻件进行100％电化学抛光得到喷嘴成品。
按照实施例1～3加工得到的喷嘴锻件，以及采用现有技术((1)模具制作，按锻件尺寸设计预锻模、精锻模，模具设计好后制作锻模，制作切边模，调质后调试生产；(2)制坯，下料Φ60×100(2.4kg)，用箱式电炉加热坯料至1180℃，按0.4～0.8mm/min，保温25～50min。坯料到保温时间后从电炉取出，在560kg空气锤上拔方脚，修伤、着色检查后再加热并在16000KN压力机上放入弯曲模中弯曲、并放入预锻型腔中预锻，完制坯；(3)成型阶段，将预后的锻件、修伤、着色检查无缺陷后按(2)再要求加热，并在16000KN压力机上放入精锻模成形、切边、空冷，完成最终锻件成型；(4)热处理：将锻件放入箱式电炉，随炉升温至1175℃，保湿25min，空冷。)加工得到的喷嘴锻件进行力学性能检测得到如下数据：
室温力学性能参数表：
高温力学性能参数表：
室温力学性能参数表：
高温力学性能参数表：
室温力学性能参数表：
高温力学性能参数表：
室温力学性能参数表：
高温力学性能参数表：
通过对比分析可以得知：
1)晶粒度越细，室温、高温强度(抗拉、屈服)越高。
2)强度越高、塑性(延伸率)越低。
3)晶粒度与力学性能关系：当晶粒度达到7～8级时，室温力学σ0.2：390MPa～440MPa、σb：870MPa～890MPa、σb：39％～47％。在105MPa拉力下，在24小时后断裂，高温塑性在可38％～45％。

Claims (4)

1.一种航空发动机用喷嘴的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
模具制作：按预加工喷嘴的长度和直径尺寸设计预锻模和精锻模；
下料制坯：在电炉中加入坯料并加热至1140～1160℃，按0.4～0.8mm/min保温30～40min，保温完成后，将坯料从电炉中取出放在560kg空气锤上锻扁、拔方脚、修伤和着色，再进行二次加热，并在16000KN压力机上放入预锻模中弯曲得到预锻坯料；
成型：将预锻坯料进行修伤和着色后放入电炉中加热，并在16000KN压力机上将预锻坯料放入精锻模中成形、切边和风冷得到锻件；
热处理：将锻件放入电炉加热至1145～1155℃并保湿20～35min，再进行空冷；
表面处理：将锻件进行100％电化学抛光得到喷嘴成品。
2.根据权利要求1所述的航空发动机用喷嘴的加工工艺，其特征在于：所述下料制坯步骤中，将坯料在电炉中加热至1150℃。
3.根据权利要求2所述的航空发动机用喷嘴的加工工艺，其特征在于：所述预锻模采用H13材料制作。
4.根据权利要求3所述的航空发动机用喷嘴的加工工艺，其特征在于：所述精锻模采用5CrNiMo制作。
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