CN110369668A - 一种基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺，其能解决现有镍基高温合金叶片锻造工艺为普通模锻工艺，需要通过机加工去除叶身型面上的机加余量，不仅加工困难，而且会破坏金属流线的连续性和成品叶片的表面完整性，降低成品叶片的力学性能的问题。其包括下料、表面清理、喷涂玻璃润滑剂、棒料加热、挤压、表面清理、浸涂玻璃润滑剂、预锻加热、预锻、表面清理、切边、喷涂玻璃润滑剂、终锻加热、终锻、表面清理、切边、振动光饰、固溶处理、扭弯校正、酸腐蚀、时效处理、振动光饰、终检。

Description

一种基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺

技术领域

本发明涉及叶片的锻造加工领域，具体为一种基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺。

背景技术

为了满足发动机高性能、高安全性、高可靠性以及长寿命的要求，航空压气机高压转子叶片必须具有优良的冶金性能、精确的尺寸、优秀的表面完整性，因此压气机叶片制造技术属于制造业中极其复杂的技术之一。

压气机高压转子叶片多采用镍基高温合金（Inconel718）制成，该合金是以体心四方的γ”和面心立方的γ’相沉淀强化的镍基高温合金材料，在-253℃~700℃的温度范围内具有良好的综合性能，650℃以下的屈服强度居变形高温合金首位，并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能和长期组织稳定性等特性，因此该合金在航空发动机叶片制造领域得到了大量应用。镍基高温合金材料还具有另一特点是其组织对热加工工艺特别敏感。因此镍基高温合金材料在目前的锻造工艺中，锻造的锻件产品容易出现粗晶/混晶等组织缺陷。

公开号为CN107598068A的发明专利申请公开了一种基于镍基高温合金的航空发动机叶片锻造工艺，其工艺步骤为下料、涂润滑剂、顶锻加热、顶锻、清理、涂润滑剂、终锻加热、终锻、切边、校正加热、校正、清理、热处理、终检。该锻造工艺锻造的发动机叶片晶粒细小均匀，克服了镍基高温合金材料在锻造过程中易出现粗晶/混晶的现象，叶片锻件外形完整、无裂纹、折叠等缺陷，机加余量、力学性能、金相组织满足设计要求。但是，该锻造工艺属于普通模锻工艺，其叶片锻件还留有满足设计要求的机加余量，必须通过机加工去除，对于叶身型面来说，通过机加去除余量不仅加工困难，而且会破坏金属流线的连续性和成品叶片的表面完整性，进而降低成品叶片的力学性能。

发明内容

针对现有镍基高温合金叶片锻造工艺为普通模锻工艺，需要通过机加工去除叶身型面上的机加余量，不仅加工困难，而且会破坏金属流线的连续性和成品叶片的表面完整性，降低成品叶片的力学性能的技术问题，本发明提供了一种基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺，其能实现镍基高温合金叶片的精密锻造成型，使叶片锻件的叶型尺寸直接达到成品尺寸，无需再机械加工，保留金属流线的连续性，提高力学性能，表面完整性和金相组织满足设计要求。

其技术方案是这样的：一种基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1、下料，镍基高温合金棒料直径规格根据所需零件尺寸要求下料，棒料直径公差控制在±0.1mm以内，棒料重量控制在±2g以内；

步骤2、表面清理，去除棒料表面的污物及表面缺陷；

步骤3、喷涂玻璃润滑剂，采用喷涂工艺将步骤2中的棒料表面喷涂玻璃润滑剂；

步骤4、棒料加热，将步骤3中的棒料装炉进行加热，装炉时的炉温为1050℃±10℃，保温至棒料受热均匀；

步骤5、挤压，挤压比在7以内，将步骤4中的棒料快速从炉膛中取出放入挤压阴模内并迅速打击获得挤压件，待挤压件冷却后测量其杆部尺寸和头部高度，检查表面质量无缺陷；

步骤6、表面清理，清除干净挤压件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

步骤7、浸涂玻璃润滑剂，采用浸涂工艺将步骤6中的挤压件表面涂覆玻璃润滑剂；

步骤8、预锻加热，将步骤7中的挤压件装炉进行加热，装炉时的炉温为1020℃±10℃，保温至挤压件受热均匀；

步骤9、预锻，将步骤8中的挤压件快速从炉膛中取出放入预锻模具下模内并迅速打击获得预锻件，预锻时叶根变形量为20%~30%，叶身变形量为50%~70%，待预锻件冷却后测量其叶身相应位置截面的厚度尺寸，检查表面质量无缺陷；

步骤10、表面清理，清除干净预锻件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

步骤11、切边，按照预锻件切边工艺要求对预锻件的叶身进行切边操作，检查切边后叶型宽度尺寸符合工艺要求，叶型宽度尺寸公差±1mm，得到切边后的预锻件；

步骤12、喷涂玻璃润滑剂，采用喷涂工艺将步骤11中的切边后的预锻件表面喷涂玻璃润滑剂；

步骤13、终锻加热，将步骤12中的预锻件装炉进行加热，装炉时的炉温为1020℃±10℃，保温至预锻件受热均匀；

步骤14、终锻，将步骤13中的预锻件快速从炉膛中取出放入终锻模具下模内并迅速打击获得终锻件，终锻时叶根变形量为30%~40%，叶身变形量为50%~60%，待终锻件冷却后，测量其叶身型面尺寸参数，检查表面质量无缺陷；

步骤15、表面清理，清除干净终锻件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

步骤16、切边，切边后叶身进排气边位置距成品叶片的余量为2mm~3mm，检查得到满足要求的切边后的终锻件；

步骤17、振动光饰；

步骤18、固溶处理，采用真空热处理炉对步骤17中的终锻件进行固溶处理；

步骤19、扭弯校正，在室温下使用精锻叶片校正扳手对步骤18中的终锻件的叶型弯曲、扭角和缘板尺寸进行校正，校正后100%在测具上进行测量，使终锻件的型面尺寸和缘板尺寸达到所需工艺要求；

步骤20、酸腐蚀终锻件的表面；

步骤21、时效处理；

步骤22、振动光饰；

步骤23、终检，按照终检要求，检测叶片的金相及力学性能，并逐一对叶片的表面质量、叶型形状、型面尺寸进行检查，挑选出符合成品叶片图纸要求的锻件，完成锻造加工。

其进一步特征在于：

所述步骤3和所述步骤12中，喷涂玻璃润滑剂的工艺为：将棒料或切边后的预锻件放入烘箱中，加热温度为120℃±20℃，加热时间不少于30min，然后从烘箱中取出棒料或切边后的预锻件，将配制好的玻璃润滑剂溶液均匀地喷敷在棒料或切边后的预锻件表面，棒料表面的涂层厚度控制在0.08mm~0.10mm，切边后的预锻件表面的涂层厚度控制在0.03mm~0.05mm，检查表面涂料颜色均匀、无金属原色外漏，喷好后室温下放置1小时以上，得到玻璃润滑剂厚度和表面满足要求的棒料或预锻件。

所述步骤7中，浸涂玻璃润滑剂的工艺为，将挤压件放入烘箱中，加热温度为120℃±20℃，加热时间不少于30分钟，然后从烘箱中取出挤压件，使用工具钳夹持挤压件放入配制好的玻璃润滑剂溶液中，匀速转动，使玻璃润滑剂涂料均匀覆盖在挤压件表面，涂层厚度0.04mm~0.06mm，检查挤压件表面涂料颜色均匀、无金属原色外漏，浸涂后室温下放置1小时以上，得到玻璃润滑剂厚度和表面满足要求的挤压件。

所述步骤4、所述步骤8、所述步骤13中的保温时间t按以下公式计算：t= 0.6~0.7min/mm×H+1~2min，其中，H为工件沿热传导方向的最大厚度，单位为mm。

所述步骤5中，棒料从炉膛中取出放入挤压阴模内的转移时间不得超过7秒。

所述步骤9中，挤压件从炉膛中取出放入预锻模具下模内的转移时间不得超过7秒。

所述步骤14中，预锻件从炉膛中取出放入终锻模具下模内的转移时间不得超过5秒。

所述步骤7和所述步骤12之前还包括以下步骤，目视检查挤压件或预锻件，确保挤压件杆部无裂纹、无螺旋、无折叠，允许挤压件头部有轻微反向毛刺，杆部有轻微拉伤，然后使用60目/120目砂带将毛刺和拉伤抛修去除；确保预锻件表面无裂纹、无折叠，允许预锻件型面及转接处有轻微拉伤，然后使用120目/240目砂带将型面拉伤抛修去除；然后对抛修后的挤压件或预锻件进行振动光饰，并用酸腐蚀挤压件或预锻件的表面。

所述固溶处理的参数为：冷却介质为氩气，在室温下装炉，炉膛抽真空，炉子加热至965℃，保温温度965℃±10℃，保温时间60min~70min，充氩气冷却至60℃以下，然后空冷至室温。

所述时效处理是采用箱式炉和两段台阶保温工艺，第一段将炉膛加热至720℃，保温温度720℃±10℃，保温时间480min~495min，以45℃~65℃/h的冷却速率冷却至620℃，开始第二段保温，保温温度620℃±10℃，保温时间480min ~495min，最后出炉空冷至室温。

本发明的有益效果是：

1、本发明的镍基高温合金航空压气机叶片的锻造工艺，区别于现有普通模锻工艺，通过对挤压、预锻和终锻等主要成型工步以及终锻后的热处理、表面处理工步等的设计，实现叶片的精密锻造成型，使叶片锻件的叶型形状、叶身型面尺寸和表面质量直接达到成品叶片的图纸要求，其一，可以更好满足叶型高精度设计要求，避免传统模锻数控加工叶型变形及手工抛光型面无法满足叶片设计公差要求的困难，更好提高三维设计的高性能压气机叶片的工艺质量，提高产品合格率和一致性；其二：具有更高的材料利用率及更低的成本，仅原材料方面的成本能够降低约30%；更少的加工余量，更高的加工效率，叶片型面能够直接通过精密锻造达到零件设计图纸要求的尺寸精度和表面粗糙度，不需要再进行机械加工，不仅避免了难加工材料、薄型面叶片机械加工的困难，也能更完整地保持金属流线的连续；其三，精锻叶片具有型面表面完整性好和更好的抗疲劳性，更高的强度和承载能力，叶片振动频率偏差小，一致性好，提高了叶片的疲劳寿命，能够提供满足航空发动机对叶片性能和强度提出的高要求；

2、本发明通过严格控制预锻和精锻中叶根、叶身变形量，能够有效防止锻造过程中材料出现粗晶和混晶，得到具有细小、均匀晶粒的优质锻件，金相组织满足设计要求，提高锻件成品的合格率；

3、本发明在整个工艺过程中通过三次涂覆玻璃润滑剂，不仅极大的减小了锻坯成型时的摩擦力，还可以起到防止锻坯氧化，减少加热过程中表面合金元素的贫化，且具有一定的保温作用，降低模具对锻件的激冷作用，有效提高了锻件质量；

4、本发明所制得的镍基高温合金精锻叶片，经检测叶片锻件表面质量，外形完整，无裂纹、无折叠及拉伤痕等表面缺陷；经低倍组织检验，金属流线连续，未发现明显的穿流和严重涡流；经高倍组织检验，叶身晶粒度8级或更细，个别7级；叶根晶粒度7级或更细，个别6级，满足要求；随炉分离试棒经热处理后的高温（650℃）力学性能达到以下标准：抗拉强度≥1000MPa，屈服强度（0.2%）≥860MPa，延伸率（5D）≥10%，断面收缩率≥18%，HBW2.5/187.5下硬度值≥430。

附图说明

图1为本发明的实施例1生产的锻件的低倍组织、流线分布形貌图；

图2为本发明的实施例1生产的锻件的高倍组织形貌图；

图3为本发明的实施例1生产的锻件的高倍晶粒形貌图；

图4为本发明的实施例2生产的锻件的低倍组织、流线分布形貌图；

图5为本发明的实施例2生产的锻件的高倍组织形貌图；

图6为本发明的实施例2生产的锻件的低倍晶粒形貌图；

图7为本发明的实施例3生产的锻件的低倍组织、流线分布形貌图；

图8为本发明的实施例3生产的锻件的高倍组织形貌图；

图9为本发明的实施例3生产的锻件的低倍晶粒形貌图。

具体实施方式

本发明的一种基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺，其包括以下步骤：

步骤1、下料，使用数控车床设备和优质刀具，选用优质的、经检验合格的镍基高温合金（IN718）圆棒料，棒料直径规格根据所需零件尺寸要求下料，其直径公差控制在±0.1mm以内，下料件重量控制在±2g以内，下料件使用重量进行控制；

步骤2、表面清理，使用钢砂抛丸工艺，对下好的棒料进行表面清理使其表面清洁，去除在下料工序残留的切削冷却液及表面缺陷，为后道喷涂工序做表面准备；

步骤3、喷涂玻璃润滑剂，将步骤2中的棒料放入烘箱中，加热温度为120℃±20℃，加热时间不少于30min，然后从烘箱中取出棒料，将配制好的玻璃润滑剂溶液均匀地喷敷在棒料表面，使用的玻璃润滑剂为水基润滑剂，型号为Oxylub-719，涂层厚度控制在0.08mm~0.10mm，检查表面涂料颜色均匀、无金属原色外漏，喷好后室温下放置1小时以上，得到玻璃润滑剂厚度和表面满足要求的棒料；

步骤4、棒料加热，按照挤压工艺规定的装炉量要求设置转炉料位，依次将步骤3中的棒料装入转炉进行加热，装炉时的炉温为1050℃±10℃，炉膛保温时间不短于40分钟，以确保棒料装炉时炉温以恒定，保温至棒料受热均匀，转炉温度精度满足行业标准3类炉；

步骤5、挤压，使用液压机设备，挤压比在7以内，按照挤压工艺的尺寸要求调试挤压模具的错移和模具闭合高度，挤压模具调试到位后，用钳子将步骤4中的棒料快速从转炉中取出放入已装在液压机上的挤压阴模内，转移时间不得超过7秒，以确保棒料温度不低于950℃，快速按下液压机按钮进行打击，待顶料机构将挤压件顶出后，冷却后测量挤压件的杆部尺寸和头部高度，检查表面质量，得到符合挤压设计要求的挤压件；

步骤6、表面清理，使用钢砂抛丸工艺，钢砂介质120目的，抛丸时间30分钟，清除干净挤压件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

步骤7、目视检查及抛修缺陷，目视检查挤压件，要求挤压件杆部无裂纹、无螺旋、无折叠等缺陷，允许挤压件头部有轻微反向毛刺，允许杆部有轻微拉伤，然后使用60目/120目砂带将毛刺和拉伤抛修去除；

步骤8、振动光饰，选择正确的陶瓷磨料介质和光饰液，设置光饰机频率为40Hz~50 Hz，磨料介质高度不低于光饰机容器边缘以下10cm，将挤压件装入光饰机，光饰时间为4h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

步骤9、酸腐蚀，为给后续浸涂工艺做表面准备，将光饰后的零件装入腐蚀槽用酸腐蚀挤压件表面，腐蚀时间和速率等严格按照腐蚀工艺进行腐蚀操作，腐蚀工艺为常规工艺；

步骤10、浸涂玻璃润滑剂，将步骤9中的挤压件放入烘箱中，加热温度为120℃±20℃，加热时间不少于30分钟，然后从烘箱中取出挤压件，使用工具钳夹持挤压件放入配制好的玻璃润滑剂溶液中，匀速转动，使玻璃润滑剂涂料均匀覆盖在挤压件表面，使用的玻璃润滑剂为水基润滑剂，型号为Oxylub-719，涂层厚度0.04mm~0.06mm，检查挤压件表面涂料颜色均匀、无金属原色外漏，浸涂后室温下放置1小时以上，得到玻璃润滑剂厚度和表面满足要求的挤压件；

步骤11、预锻加热，按照预锻工艺规定的装炉量要求设置转炉料位，依次将步骤10中的挤压件装入转炉进行加热，装炉时的炉温为1020℃±10℃，炉膛保温时间不短于40分钟；保温至挤压件受热均匀；

步骤12、预锻，使用电动螺旋压力机设备，按照预锻工艺的尺寸要求调试预锻模具的错移和模具闭合高度，预锻模具调试到位后，将步骤11中的挤压件快速从转炉中取出，放在已装在电动螺旋压力机上的预锻模下模定位搭子上，转移时间不得超过7秒，以确保挤压件温度不低于950℃，快速按下电动螺旋压力机按钮进行打击获得预锻件，预锻时叶根变形量为20%~30%，叶身变形量为50%~70%，待顶料机构将预锻件顶出后，冷却后测量叶身相应位置截面的厚度尺寸，检查表面质量，得到符合预锻设计要求的预锻件；

步骤13、表面清理，使用钢砂抛丸工艺，钢砂介质120目的，抛丸时间30分钟，清除干净预锻件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

步骤14、切边，使用满足功率要求的激光切边机，按照预锻件切边工艺要求对步骤13中的预锻件的叶身进行切边操作，检查切边后叶型宽度尺寸符合工艺要求，叶型宽度尺寸公差±1mm，得到切边后的预锻件；

步骤15、目视检查及抛修缺陷，目视检查切边后的预锻件，要求切边后的预锻件无裂纹、无折叠等缺陷，允许型面及转接处有轻微拉伤，绕后使用然后使用120目/240目砂带将型面拉伤抛修去除；

步骤16、振动光饰，选择正确的陶瓷磨料介质和光饰液，设置光饰机频率为40Hz~50Hz，磨料介质高度不低于光饰机容器边缘以下10cm，将预锻件装入光饰机，光饰时间为4h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

步骤17、酸腐蚀，为给后续喷涂工艺做表面准备，将光饰后的预锻件装入腐蚀槽用酸腐蚀预锻件表面，腐蚀时间和速率等严格按照腐蚀工艺进行腐蚀操作，腐蚀工艺为常规工艺；

步骤18、喷涂玻璃润滑剂，将步骤17中的预锻件放入烘箱中，加热温度为120℃±20℃，加热时间不少于30min，然后从烘箱中取出预锻件，将配制好的玻璃润滑剂溶液均匀地喷敷在预锻件表面，使用的玻璃润滑剂为水基润滑剂，型号为Oxylub-719，涂层厚度控制在0.03mm~0.05mm，检查表面涂料颜色均匀、无金属原色外漏，喷好后室温下放置1小时以上，得到玻璃润滑剂厚度和表面满足要求的预锻件；

步骤19、终锻加热，按照终锻工艺规定的装炉量要求设置转炉料位，依次将步骤18中的预锻件装入转炉进行加热，装炉时的炉温为1020℃±10℃，炉膛保温时间不短于40分钟；保温至预锻件受热均匀；

步骤20、终锻，使用电动螺旋压力机设备，按照终锻工艺的尺寸要求调试终锻模具的错移和模具闭合高度，终锻模具调试到位后，将步骤19中的预锻件快速从转炉中取出，放入已装在电动螺旋压力机上的终锻模下模定位凸台内，转移时间不得超过5秒，以确保预锻件温度不低于950℃，快速按下电动螺旋压力机按钮进行打击获得终锻件，终锻时叶根变形量为30%~40%，叶身变形量为50%~60%，待顶料机构将终锻件顶出并冷却后，使用三坐标测量机测量终锻件的叶身型面尺寸参数，包含型线厚度、轮廓、扭角、弯曲等特征值，检查表面质量无折叠、拉伸、裂纹、未充满等缺陷，得到符合终锻设计要求的终锻件；

步骤21、表面清理，使用钢砂抛丸工艺，钢砂介质120目的，抛丸时间30分钟，清除干净终锻件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

步骤22、切边，使用满足功率要求的激光切边机，按照终锻件切边工艺要求对终锻件进行切边操作，切边后叶身进排气边位置距成品叶片的余量为2mm~3mm，检查得到满足要求的切边后的终锻件；

步骤23、振动光饰，选择正确的陶瓷磨料介质和光饰液，设置光饰机频率为40Hz~50Hz，磨料介质高度不低于光饰机容器边缘以下10cm，将终锻件装入光饰机，光饰时间为4h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

步骤24、固溶处理，采用真空热处理炉对步骤23中的终锻件进行固溶处理，冷却介质为氩气，在室温环境下装炉，炉膛抽真空，炉子加热至965℃，保温温度965℃±10℃，保温时间60min~70min，充氩气冷却至60℃以下，然后空冷至室温；

步骤25、扭弯校正，精锻叶片的叶型型面和缘板面高度尺寸及公差是由精锻工艺保证的，且由于叶片是曲面薄壁件，在终锻冷却和热处理过程中很可能会发生变形，所以在电感量仪的实时测量下，采用冷校正的方式，在室温下使用精锻叶片校正扳手对步骤24中的终锻件的叶型弯曲、扭角和缘板尺寸进行校正，校正后的终锻件的叶型弯曲、扭角和缘板尺寸100%在测具上进行测量，使终锻件的型面尺寸和缘板尺寸达到所需工艺要求；

步骤26、酸腐蚀，为给后续时效处理工艺做表面准备，将校正后的终锻件装入腐蚀槽用酸腐蚀预锻件表面，腐蚀时间和速率等严格按照腐蚀工艺进行腐蚀操作，腐蚀工艺为常规工艺终锻件的表面；

步骤27、时效处理，采用箱式炉和两段台阶保温工艺对步骤26中的终锻件进行时效处理，两段台阶保温工艺中，第一段将炉膛加热至720℃，保温温度720℃±10℃，保温时间480min~495min，以45℃~65℃/h的冷却速率冷却至620℃，开始第二段保温，保温温度620℃±10℃，保温时间480min ~495min，最后出炉空冷至室温；

步骤28、振动光饰，选择正确的陶瓷磨料介质和光饰液，设置光饰机频率为40Hz~50Hz，磨料介质高度不低于光饰机容器边缘以下10cm，将终锻件装入光饰机，光饰时间为2h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

步骤29、终检，按照终检要求，检测叶片的金相及力学性能，并逐一对叶片的表面质量、叶型形状、型面尺寸进行检查，挑选出符合成品叶片图纸要求的锻件，完成锻造加工。

上述步骤4、步骤11、步骤19中的保温时间t按以下公式计算：t=0.6~0.7min/mm×H+1~2min，其中，H为工件沿热传导方向的最大厚度，单位为mm。

锻造加工后转入机加工工序，进行铣进排气边、割叶尖及铣叶根等机加工工序，以得到最终符合客户要求的成品叶片。

本发明方法中，挤压工序采用的挤压比在7以内，挤压比较小，可以避免挤压过程中镍基高温合金棒料出现开裂；由于挤压工序的挤压比较小，故预锻件的叶身余量较大，因此在预锻与终锻之间还设置了切边工序，通过对预锻件的叶身进行切边，可使叶型宽度尺寸符合后续终锻需要。

本发明方法中，之所以在预锻加热前使用浸涂工艺涂覆玻璃润滑剂，是因为挤压后的工件头部形状不规则，若使用喷涂的方式，需要将工件转几个角度进行喷涂，操作麻烦，浸涂则更加方便操作，且成本更低。

本发明方法中，在扭弯校正过程中，使用电感量仪进行实时测量，能够快速和准确的测量出叶片的弯曲、扭角特征值和型面尺寸，极大的提高精锻叶片的生产制造效率。

下面以几个具体实施例详细描述本发明的锻造工艺。

实施例1

以国内某航空发动机压气机第十级转子叶片锻件连续生产200件为例，所用车床下料设备为普通数控车床，所用的玻璃润滑剂为水基润滑剂，挤压所用成型设备为400吨液压机，预锻和终锻所用成型设备为1000吨螺旋压力机，所使用的锻造加热转炉符合行业3类炉，炉温精度±10℃。连续生产转子叶片锻件200件，锻造节拍为每分钟1件，通过首件确认和连续3件合格批准后，过程中每50件抽检1件。

本发明的基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺，其包括以下步骤：

步骤1、下料，使用数控车床设备和优质刀具，选用优质的、经检验合格的镍基高温合金（IN718）圆棒料，棒料直径20mm±0.1mm，下料件重量控制在90g±2g；

步骤2、表面清理，使用120目的钢砂介质，抛丸时间10min；

步骤3、喷涂玻璃润滑剂，将步骤2中的棒料放入烘箱中，加热温度为100℃，加热时间35min，然后从烘箱中取出棒料，将配制好的玻璃润滑剂溶液均匀地喷敷在棒料表面，使用的玻璃润滑剂为水基润滑剂，型号为Oxylub-719，涂层厚度控制在0.08mm，检查表面涂料颜色均匀、无金属原色外漏，喷好后室温下放置1小时，得到玻璃润滑剂厚度和表面满足要求的棒料；

步骤4、棒料加热，设置转炉料位12个，依次将12个步骤3中的棒料装入转炉进行加热，装炉时的炉温为1040℃，确保棒料装炉时炉温以恒定，棒料加热时间为13min，转炉温度精度满足行业标准3类炉；

步骤5、挤压，使用液压机设备，挤压比为7，按照挤压工艺的尺寸要求调试挤压模具的错移和模具闭合高度，挤压模具调试到位后，用钳子将步骤4中的棒料快速从转炉中取出放入已装在液压机上的挤压阴模内，转移时间不得超过7秒，快速按下液压机按钮进行打击，待顶料机构将挤压件顶出后，冷却后测量挤压件的杆部尺寸和头部高度，检查表面质量，得到符合挤压设计要求的挤压件；

步骤6、表面清理，使用钢砂抛丸工艺，钢砂介质120目的，抛丸时间30min，清除干净挤压件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

步骤7、目视检查及抛修缺陷，目视检查挤压件，要求挤压件杆部无裂纹、无螺旋、无折叠等缺陷，允许挤压件头部有轻微反向毛刺，允许杆部有轻微拉伤，然后使用60目/120目砂带将毛刺和拉伤抛修去除；

步骤8、振动光饰，选择正确的陶瓷磨料介质和光饰液，设置光饰机频率为40Hz，磨料介质高度不低于光饰机容器边缘以下10cm，将挤压件装入光饰机，光饰时间为4h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

步骤9、酸腐蚀，为给后续浸涂工艺做表面准备，将光饰后的零件装入腐蚀槽用酸腐蚀挤压件表面，腐蚀时间和速率等严格按照腐蚀工艺进行腐蚀操作，腐蚀工艺为常规工艺；

步骤10、浸涂玻璃润滑剂，将步骤9中的挤压件放入烘箱中，加热温度为100℃，加热时间35分钟，然后从烘箱中取出挤压件，使用工具钳夹持挤压件放入配制好的玻璃润滑剂溶液中，匀速转动，使玻璃润滑剂涂料均匀覆盖在挤压件表面，使用的玻璃润滑剂为水基润滑剂，型号为Oxylub-719，涂层厚度0.04mm，检查挤压件表面涂料颜色均匀、无金属原色外漏，浸涂后室温下放置1小时以上，得到玻璃润滑剂厚度和表面满足要求的挤压件；

步骤11、预锻加热，设置转炉料位12个，依次将12个步骤10中的挤压件装入转炉进行加热，装炉时的炉温为1010℃，挤压件加热时间为13min；

步骤12、预锻，使用电动螺旋压力机设备，按照预锻工艺的尺寸要求调试预锻模具的错移和模具闭合高度，预锻模具调试到位后，将步骤11中的挤压件快速从转炉中取出，放在已装在电动螺旋压力机上的预锻模下模定位搭子上，转移时间不得超过7秒，快速按下电动螺旋压力机按钮进行打击获得预锻件，预锻时叶根变形量为20%，叶身变形量为50%，待顶料机构将预锻件顶出后，冷却后测量叶身相应位置截面的厚度尺寸，检查表面质量，得到符合预锻设计要求的预锻件；

步骤13、表面清理，使用钢砂抛丸工艺，钢砂介质120目的，抛丸时间30min，清除干净预锻件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

步骤14、切边，使用满足功率要求的激光切边机，按照预锻件切边工艺要求对步骤13中的预锻件的叶身进行切边操作，检查切边后叶型宽度尺寸符合工艺要求，叶型宽度尺寸公差±1mm，得到切边后的预锻件；

步骤15、目视检查及抛修缺陷，目视检查切边后的预锻件，要求切边后的预锻件无裂纹、无折叠等缺陷，允许型面及转接处有轻微拉伤，绕后使用然后使用120目/240目砂带将型面拉伤抛修去除；

步骤16、振动光饰，选择正确的陶瓷磨料介质和光饰液，设置光饰机频率为40Hz，磨料介质高度不低于光饰机容器边缘以下10cm，将预锻件装入光饰机，光饰时间为4h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

步骤17、酸腐蚀，为给后续喷涂工艺做表面准备，将光饰后的预锻件装入腐蚀槽用酸腐蚀预锻件表面，腐蚀时间和速率等严格按照腐蚀工艺进行腐蚀操作，腐蚀工艺为常规工艺；

步骤18、喷涂玻璃润滑剂，将步骤17中的预锻件放入烘箱中，加热温度为100℃，加热时间35min，然后从烘箱中取出预锻件，将配制好的玻璃润滑剂溶液均匀地喷敷在预锻件表面，使用的玻璃润滑剂为水基润滑剂，型号为Oxylub-719，涂层厚度控制在0.03mm，检查表面涂料颜色均匀、无金属原色外漏，喷好后室温下放置1小时以上，得到玻璃润滑剂厚度和表面满足要求的预锻件；

步骤19、终锻加热，按照终锻工艺规定的装炉量要求设置转炉料位，依次将步骤18中的预锻件装入转炉进行加热，装炉时的炉温为1010℃，预锻件加热时间为9min；

步骤20、终锻，使用电动螺旋压力机设备，按照终锻工艺的尺寸要求调试终锻模具的错移和模具闭合高度，终锻模具调试到位后，将步骤19中的预锻件快速从转炉中取出，放入已装在电动螺旋压力机上的终锻模下模定位凸台内，转移时间不得超过5秒，快速按下电动螺旋压力机按钮进行打击获得终锻件，终锻时叶根变形量为40%，叶身变形量为60%，待顶料机构将终锻件顶出并冷却后，使用三坐标测量机测量终锻件的叶身型面尺寸参数，包含型线厚度、轮廓、扭角、弯曲等特征值，检查表面质量无折叠、拉伸、裂纹、未充满等缺陷，得到符合终锻设计要求的终锻件；

步骤21、表面清理，使用钢砂抛丸工艺，钢砂介质120目的，抛丸时间30分钟，清除干净终锻件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

步骤22、切边，使用满足功率要求的激光切边机，按照终锻件切边工艺要求对终锻件进行切边操作，切边后叶身进排气边位置距成品叶片的余量为2mm~3mm，检查得到满足要求的切边后的终锻件；

步骤23、振动光饰，选择正确的陶瓷磨料介质和光饰液，设置光饰机频率为40Hz，磨料介质高度不低于光饰机容器边缘以下10cm，将终锻件装入光饰机，光饰时间为4h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

步骤24、固溶处理，采用真空热处理炉对步骤23中的终锻件进行固溶处理，冷却介质为氩气，在室温环境下装炉，炉膛抽真空，炉子加热至965℃，保温温度965℃±10℃，保温时间70min，充氩气冷却至60℃以下，然后空冷至室温；

步骤25、扭弯校正，精锻叶片的叶型型面和缘板面高度尺寸及公差是由精锻工艺保证的，且由于叶片是曲面薄壁件，在终锻冷却和热处理过程中很可能会发生变形，所以在电感量仪的实时测量下，采用冷校正的方式，在室温下使用精锻叶片校正扳手对步骤24中的终锻件的叶型弯曲、扭角和缘板尺寸进行校正，校正后的终锻件的叶型弯曲、扭角和缘板尺寸100%在测具上进行测量，使终锻件的型面尺寸和缘板尺寸达到所需工艺要求；

步骤26、酸腐蚀，为给后续时效处理工艺做表面准备，将校正后的终锻件装入腐蚀槽用酸腐蚀预锻件表面，腐蚀时间和速率等严格按照腐蚀工艺进行腐蚀操作，腐蚀工艺为常规工艺终锻件的表面；

步骤27、时效处理，采用箱式炉和两段台阶保温工艺对步骤26中的终锻件进行时效处理，两段台阶保温工艺中，第一段将炉膛加热至720℃，保温温度720℃±10℃，保温时间495min，以45℃/h的冷却速率冷却至620℃，开始第二段保温，保温温度620℃±10℃，保温时间495min，最后出炉空冷至室温；

步骤28、振动光饰，选择正确的陶瓷磨料介质和光饰液，设置光饰机频率为40Hz，磨料介质高度不低于光饰机容器边缘以下10cm，将终锻件装入光饰机，光饰时间为2h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

步骤29、终检，按照终检要求，检测叶片的金相及力学性能，并逐一对叶片的表面质量、叶型形状、型面尺寸进行检查，挑选出符合成品叶片图纸要求的锻件，完成锻造加工。

本实施例采用上述工艺步骤连续成功生产200件航空发动机压气机第十级转子叶片锻件，经100%目视检查，锻件表面质量良好、飞边完整、表面无裂纹、折叠等缺陷。

对随机抽取的锻件进行金相组织检查，结果如下：

低倍组织、流线分布形貌见图1，可以看出，锻件纵向剖面无目视可见的裂纹、折叠、空洞、夹杂、偏析、夹渣及其他冶金缺陷，金属流线连续，未发现明显的穿流和严重涡流，与规范组织图片对比未见暗腐蚀区、白斑及浅腐蚀区。

高倍组织形貌见图2，图2中左侧为叶根的高倍组织形貌图，右侧为叶身处的高倍组织形貌图，其高倍组织形貌合格，满足客户锻件规范。

高倍晶粒形貌见图3，图3中左侧为叶根的高倍晶粒形貌图，右侧为叶身处的高倍晶粒形貌图，其中，叶身晶粒度9~10级，叶根晶粒度7~8级，且分布均匀，无明显细晶剪切带。

随炉分离试棒经热处理后的高温（650℃）力学性能见表1，明显优于设计要求。

本发明生产的镍基高温合金叶片，其叶型尺寸、表面完整性、力学性能、金相组织完全满足航空发动机压气机叶片设计要求。

实施例2

以国内某航空发动机压气机第十级转子叶片锻件连续生产200件为例，所用车床下料设备为普通数控车床，所用的玻璃润滑剂为水基润滑剂，挤压所用成型设备为400吨液压机，预锻和终锻所用成型设备为1000吨螺旋压力机，所使用的锻造加热转炉符合行业3类炉，炉温精度±10℃。连续生产转子叶片锻件200件，锻造节拍为每分钟1件，通过首件确认和连续3件合格批准后，过程中每50件抽检1件。

本发明的基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺，其包括以下步骤：

步骤1、下料，使用数控车床设备和优质刀具，选用优质的、经检验合格的镍基高温合金（IN718）圆棒料，棒料直径20mm±0.1mm，下料件重量控制在90g±2g；

步骤2、表面清理，使用120目的钢砂介质，抛丸时间10min；

步骤3、喷涂玻璃润滑剂，将步骤2中的棒料放入烘箱中，加热温度为120℃，加热时间32min，然后从烘箱中取出棒料，将配制好的玻璃润滑剂溶液均匀地喷敷在棒料表面，使用的玻璃润滑剂为水基润滑剂，型号为Oxylub-719，涂层厚度控制在0.09mm，检查表面涂料颜色均匀、无金属原色外漏，喷好后室温下放置1小时，得到玻璃润滑剂厚度和表面满足要求的棒料；

步骤4、棒料加热，设置转炉料位12个，依次将12个步骤3中的棒料装入转炉进行加热，装炉时的炉温为1050℃，确保棒料装炉时炉温以恒定，棒料加热时间为12min，转炉温度精度满足行业标准3类炉；

步骤5、挤压，使用液压机设备，挤压比为7，按照挤压工艺的尺寸要求调试挤压模具的错移和模具闭合高度，挤压模具调试到位后，用钳子将步骤4中的棒料快速从转炉中取出放入已装在液压机上的挤压阴模内，转移时间不得超过7秒，快速按下液压机按钮进行打击，待顶料机构将挤压件顶出后，冷却后测量挤压件的杆部尺寸和头部高度，检查表面质量，得到符合挤压设计要求的挤压件；

步骤6、表面清理，使用钢砂抛丸工艺，钢砂介质120目的，抛丸时间30min，清除干净挤压件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

步骤7、目视检查及抛修缺陷，目视检查挤压件，要求挤压件杆部无裂纹、无螺旋、无折叠等缺陷，允许挤压件头部有轻微反向毛刺，允许杆部有轻微拉伤，然后使用60目/120目砂带将毛刺和拉伤抛修去除；

步骤8、振动光饰，选择正确的陶瓷磨料介质和光饰液，设置光饰机频率为45Hz，磨料介质高度不低于光饰机容器边缘以下10cm，将挤压件装入光饰机，光饰时间为4h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

步骤9、酸腐蚀，为给后续浸涂工艺做表面准备，将光饰后的零件装入腐蚀槽用酸腐蚀挤压件表面，腐蚀时间和速率等严格按照腐蚀工艺进行腐蚀操作，腐蚀工艺为常规工艺；

步骤10、浸涂玻璃润滑剂，将步骤9中的挤压件放入烘箱中，加热温度为120℃，加热时间32分钟，然后从烘箱中取出挤压件，使用工具钳夹持挤压件放入配制好的玻璃润滑剂溶液中，匀速转动，使玻璃润滑剂涂料均匀覆盖在挤压件表面，使用的玻璃润滑剂为水基润滑剂，型号为Oxylub-719，涂层厚度0.05mm，检查挤压件表面涂料颜色均匀、无金属原色外漏，浸涂后室温下放置1小时以上，得到玻璃润滑剂厚度和表面满足要求的挤压件；

步骤11、预锻加热，设置转炉料位12个，依次将12个步骤10中的挤压件装入转炉进行加热，装炉时的炉温为1020℃，挤压件加热时间为12min；

步骤12、预锻，使用电动螺旋压力机设备，按照预锻工艺的尺寸要求调试预锻模具的错移和模具闭合高度，预锻模具调试到位后，将步骤11中的挤压件快速从转炉中取出，放在已装在电动螺旋压力机上的预锻模下模定位搭子上，转移时间不得超过7秒，快速按下电动螺旋压力机按钮进行打击获得预锻件，预锻时叶根变形量为25%，叶身变形量为60%，待顶料机构将预锻件顶出后，冷却后测量叶身相应位置截面的厚度尺寸，检查表面质量，得到符合预锻设计要求的预锻件；

步骤13、表面清理，使用钢砂抛丸工艺，钢砂介质120目的，抛丸时间30min，清除干净预锻件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

步骤14、切边，使用满足功率要求的激光切边机，按照预锻件切边工艺要求对步骤13中的预锻件的叶身进行切边操作，检查切边后叶型宽度尺寸符合工艺要求，叶型宽度尺寸公差±1mm，得到切边后的预锻件；

步骤15、目视检查及抛修缺陷，目视检查切边后的预锻件，要求切边后的预锻件无裂纹、无折叠等缺陷，允许型面及转接处有轻微拉伤，绕后使用然后使用120目/240目砂带将型面拉伤抛修去除；

步骤16、振动光饰，选择正确的陶瓷磨料介质和光饰液，设置光饰机频率为45Hz，磨料介质高度不低于光饰机容器边缘以下10cm，将预锻件装入光饰机，光饰时间为4h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

步骤17、酸腐蚀，为给后续喷涂工艺做表面准备，将光饰后的预锻件装入腐蚀槽用酸腐蚀预锻件表面，腐蚀时间和速率等严格按照腐蚀工艺进行腐蚀操作，腐蚀工艺为常规工艺；

步骤18、喷涂玻璃润滑剂，将步骤17中的预锻件放入烘箱中，加热温度为120℃，加热时间32min，然后从烘箱中取出预锻件，将配制好的玻璃润滑剂溶液均匀地喷敷在预锻件表面，使用的玻璃润滑剂为水基润滑剂，型号为Oxylub-719，涂层厚度控制在0.04mm，检查表面涂料颜色均匀、无金属原色外漏，喷好后室温下放置1小时以上，得到玻璃润滑剂厚度和表面满足要求的预锻件；

步骤19、终锻加热，按照终锻工艺规定的装炉量要求设置转炉料位，依次将步骤18中的预锻件装入转炉进行加热，装炉时的炉温为1020℃，预锻件加热时间为8min；

步骤20、终锻，使用电动螺旋压力机设备，按照终锻工艺的尺寸要求调试终锻模具的错移和模具闭合高度，终锻模具调试到位后，将步骤19中的预锻件快速从转炉中取出，放入已装在电动螺旋压力机上的终锻模下模定位凸台内，转移时间不得超过5秒，快速按下电动螺旋压力机按钮进行打击获得终锻件，终锻时叶根变形量为35%，叶身变形量为55%，待顶料机构将终锻件顶出并冷却后，使用三坐标测量机测量终锻件的叶身型面尺寸参数，包含型线厚度、轮廓、扭角、弯曲等特征值，检查表面质量无折叠、拉伸、裂纹、未充满等缺陷，得到符合终锻设计要求的终锻件；

步骤21、表面清理，使用钢砂抛丸工艺，钢砂介质120目的，抛丸时间30分钟，清除干净终锻件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

步骤22、切边，使用满足功率要求的激光切边机，按照终锻件切边工艺要求对终锻件进行切边操作，切边后叶身进排气边位置距成品叶片的余量为2mm~3mm，检查得到满足要求的切边后的终锻件；

步骤23、振动光饰，选择正确的陶瓷磨料介质和光饰液，设置光饰机频率为45Hz，磨料介质高度不低于光饰机容器边缘以下10cm，将终锻件装入光饰机，光饰时间为4h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

步骤24、固溶处理，采用真空热处理炉对步骤23中的终锻件进行固溶处理，冷却介质为氩气，在室温环境下装炉，炉膛抽真空，炉子加热至965℃，保温温度965℃±10℃，保温时间65min，充氩气冷却至60℃以下，然后空冷至室温；

步骤25、扭弯校正，精锻叶片的叶型型面和缘板面高度尺寸及公差是由精锻工艺保证的，且由于叶片是曲面薄壁件，在终锻冷却和热处理过程中很可能会发生变形，所以在电感量仪的实时测量下，采用冷校正的方式，在室温下使用精锻叶片校正扳手对步骤24中的终锻件的叶型弯曲、扭角和缘板尺寸进行校正，校正后的终锻件的叶型弯曲、扭角和缘板尺寸100%在测具上进行测量，使终锻件的型面尺寸和缘板尺寸达到所需工艺要求；

步骤26、酸腐蚀，为给后续时效处理工艺做表面准备，将校正后的终锻件装入腐蚀槽用酸腐蚀预锻件表面，腐蚀时间和速率等严格按照腐蚀工艺进行腐蚀操作，腐蚀工艺为常规工艺终锻件的表面；

步骤27、时效处理，采用箱式炉和两段台阶保温工艺对步骤26中的终锻件进行时效处理，两段台阶保温工艺中，第一段将炉膛加热至720℃，保温温度720℃±10℃，保温时间485min，以55℃/h的冷却速率冷却至620℃，开始第二段保温，保温温度620℃±10℃，保温时间485min，最后出炉空冷至室温；

步骤28、振动光饰，选择正确的陶瓷磨料介质和光饰液，设置光饰机频率为45Hz，磨料介质高度不低于光饰机容器边缘以下10cm，将终锻件装入光饰机，光饰时间为2h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

步骤29、终检，按照终检要求，检测叶片的金相及力学性能，并逐一对叶片的表面质量、叶型形状、型面尺寸进行检查，挑选出符合成品叶片图纸要求的锻件，完成锻造加工。

本实施例采用上述工艺步骤连续成功生产200件航空发动机压气机第十级转子叶片锻件，经100%目视检查，锻件表面质量良好、飞边完整、表面无裂纹、折叠等缺陷。

对随机抽取的锻件进行金相组织检查，结果如下：

低倍组织、流线分布形貌见图4，可以看出，锻件纵向剖面无目视可见的裂纹、折叠、空洞、夹杂、偏析、夹渣及其他冶金缺陷，金属流线连续，未发现明显的穿流和严重涡流，与规范组织图片对比未见暗腐蚀区、白斑及浅腐蚀区。

高倍组织形貌见图5，图5中左侧为叶根的高倍组织形貌图，右侧为叶身处的高倍组织形貌图，其高倍组织形貌合格，满足客户锻件规范。

高倍晶粒形貌见图6，图6中左侧为叶根的高倍晶粒形貌图，右侧为叶身处的高倍晶粒形貌图，其中，叶身晶粒度9~12级，叶根晶粒度7.5~8级，且分布均匀，无明显细晶剪切带。

随炉分离试棒经热处理后的高温（650℃）力学性能见表1，明显优于设计要求。

本发明生产的镍基高温合金叶片，其叶型尺寸、表面完整性、力学性能、金相组织完全满足航空发动机压气机叶片设计要求。

实施例3

以国内某航空发动机压气机第十级转子叶片锻件连续生产200件为例，所用车床下料设备为普通数控车床，所用的玻璃润滑剂为水基润滑剂，挤压所用成型设备为400吨液压机，预锻和终锻所用成型设备为1000吨螺旋压力机，所使用的锻造加热转炉符合行业3类炉，炉温精度±10℃。连续生产转子叶片锻件200件，锻造节拍为每分钟1件，通过首件确认和连续3件合格批准后，过程中每50件抽检1件。

本发明的基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺，其包括以下步骤：

步骤1、下料，使用数控车床设备和优质刀具，选用优质的、经检验合格的镍基高温合金（IN718）圆棒料，棒料直径20mm±0.1mm，下料件重量控制在90g±2g；

步骤2、表面清理，使用120目的钢砂介质，抛丸时间10min；

步骤3、喷涂玻璃润滑剂，将步骤2中的棒料放入烘箱中，加热温度为140℃，加热时间30min，然后从烘箱中取出棒料，将配制好的玻璃润滑剂溶液均匀地喷敷在棒料表面，使用的玻璃润滑剂为水基润滑剂，型号为Oxylub-719，涂层厚度控制在0.10mm，检查表面涂料颜色均匀、无金属原色外漏，喷好后室温下放置1小时，得到玻璃润滑剂厚度和表面满足要求的棒料；

步骤4、棒料加热，设置转炉料位12个，依次将12个步骤3中的棒料装入转炉进行加热，装炉时的炉温为1060℃，确保棒料装炉时炉温以恒定，棒料加热时间为12min，转炉温度精度满足行业标准3类炉；

步骤5、挤压，使用液压机设备，挤压比为7，按照挤压工艺的尺寸要求调试挤压模具的错移和模具闭合高度，挤压模具调试到位后，用钳子将步骤4中的棒料快速从转炉中取出放入已装在液压机上的挤压阴模内，转移时间不得超过7秒，快速按下液压机按钮进行打击，待顶料机构将挤压件顶出后，冷却后测量挤压件的杆部尺寸和头部高度，检查表面质量，得到符合挤压设计要求的挤压件；

步骤6、表面清理，使用钢砂抛丸工艺，钢砂介质120目的，抛丸时间30min，清除干净挤压件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

步骤7、目视检查及抛修缺陷，目视检查挤压件，要求挤压件杆部无裂纹、无螺旋、无折叠等缺陷，允许挤压件头部有轻微反向毛刺，允许杆部有轻微拉伤，然后使用60目/120目砂带将毛刺和拉伤抛修去除；

步骤8、振动光饰，选择正确的陶瓷磨料介质和光饰液，设置光饰机频率为50Hz，磨料介质高度不低于光饰机容器边缘以下10cm，将挤压件装入光饰机，光饰时间为4h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

步骤9、酸腐蚀，为给后续浸涂工艺做表面准备，将光饰后的零件装入腐蚀槽用酸腐蚀挤压件表面，腐蚀时间和速率等严格按照腐蚀工艺进行腐蚀操作，腐蚀工艺为常规工艺；

步骤10、浸涂玻璃润滑剂，将步骤9中的挤压件放入烘箱中，加热温度为140℃，加热时间30分钟，然后从烘箱中取出挤压件，使用工具钳夹持挤压件放入配制好的玻璃润滑剂溶液中，匀速转动，使玻璃润滑剂涂料均匀覆盖在挤压件表面，使用的玻璃润滑剂为水基润滑剂，型号为Oxylub-719，涂层厚度0.06mm，检查挤压件表面涂料颜色均匀、无金属原色外漏，浸涂后室温下放置1小时以上，得到玻璃润滑剂厚度和表面满足要求的挤压件；

步骤11、预锻加热，设置转炉料位12个，依次将12个步骤10中的挤压件装入转炉进行加热，装炉时的炉温为1030℃，挤压件加热时间为12min；

步骤12、预锻，使用电动螺旋压力机设备，按照预锻工艺的尺寸要求调试预锻模具的错移和模具闭合高度，预锻模具调试到位后，将步骤11中的挤压件快速从转炉中取出，放在已装在电动螺旋压力机上的预锻模下模定位搭子上，转移时间不得超过7秒，快速按下电动螺旋压力机按钮进行打击获得预锻件，预锻时叶根变形量为30%，叶身变形量为70%，待顶料机构将预锻件顶出后，冷却后测量叶身相应位置截面的厚度尺寸，检查表面质量，得到符合预锻设计要求的预锻件；

步骤13、表面清理，使用钢砂抛丸工艺，钢砂介质120目的，抛丸时间30min，清除干净预锻件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

步骤14、切边，使用满足功率要求的激光切边机，按照预锻件切边工艺要求对步骤13中的预锻件的叶身进行切边操作，检查切边后叶型宽度尺寸符合工艺要求，叶型宽度尺寸公差±1mm，得到切边后的预锻件；

步骤15、目视检查及抛修缺陷，目视检查切边后的预锻件，要求切边后的预锻件无裂纹、无折叠等缺陷，允许型面及转接处有轻微拉伤，绕后使用然后使用120目/240目砂带将型面拉伤抛修去除；

步骤16、振动光饰，选择正确的陶瓷磨料介质和光饰液，设置光饰机频率为50Hz，磨料介质高度不低于光饰机容器边缘以下10cm，将预锻件装入光饰机，光饰时间为4h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

步骤17、酸腐蚀，为给后续喷涂工艺做表面准备，将光饰后的预锻件装入腐蚀槽用酸腐蚀预锻件表面，腐蚀时间和速率等严格按照腐蚀工艺进行腐蚀操作，腐蚀工艺为常规工艺；

步骤18、喷涂玻璃润滑剂，将步骤17中的预锻件放入烘箱中，加热温度为140℃，加热时间30min，然后从烘箱中取出预锻件，将配制好的玻璃润滑剂溶液均匀地喷敷在预锻件表面，使用的玻璃润滑剂为水基润滑剂，型号为Oxylub-719，涂层厚度控制在0.05mm，检查表面涂料颜色均匀、无金属原色外漏，喷好后室温下放置1小时以上，得到玻璃润滑剂厚度和表面满足要求的预锻件；

步骤19、终锻加热，按照终锻工艺规定的装炉量要求设置转炉料位，依次将步骤18中的预锻件装入转炉进行加热，装炉时的炉温为1030℃，预锻件加热时间为8min；

步骤20、终锻，使用电动螺旋压力机设备，按照终锻工艺的尺寸要求调试终锻模具的错移和模具闭合高度，终锻模具调试到位后，将步骤19中的预锻件快速从转炉中取出，放入已装在电动螺旋压力机上的终锻模下模定位凸台内，转移时间不得超过5秒，快速按下电动螺旋压力机按钮进行打击获得终锻件，终锻时叶根变形量为30%，叶身变形量为50%，待顶料机构将终锻件顶出并冷却后，使用三坐标测量机测量终锻件的叶身型面尺寸参数，包含型线厚度、轮廓、扭角、弯曲等特征值，检查表面质量无折叠、拉伸、裂纹、未充满等缺陷，得到符合终锻设计要求的终锻件；

步骤21、表面清理，使用钢砂抛丸工艺，钢砂介质120目的，抛丸时间30分钟，清除干净终锻件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

步骤22、切边，使用满足功率要求的激光切边机，按照终锻件切边工艺要求对终锻件进行切边操作，切边后叶身进排气边位置距成品叶片的余量为2mm~3mm，检查得到满足要求的切边后的终锻件；

步骤23、振动光饰，选择正确的陶瓷磨料介质和光饰液，设置光饰机频率为50Hz，磨料介质高度不低于光饰机容器边缘以下10cm，将终锻件装入光饰机，光饰时间为4h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

步骤24、固溶处理，采用真空热处理炉对步骤23中的终锻件进行固溶处理，冷却介质为氩气，在室温环境下装炉，炉膛抽真空，炉子加热至965℃，保温温度965℃±10℃，保温时间60min，充氩气冷却至60℃以下，然后空冷至室温；

步骤25、扭弯校正，精锻叶片的叶型型面和缘板面高度尺寸及公差是由精锻工艺保证的，且由于叶片是曲面薄壁件，在终锻冷却和热处理过程中很可能会发生变形，所以在电感量仪的实时测量下，采用冷校正的方式，在室温下使用精锻叶片校正扳手对步骤24中的终锻件的叶型弯曲、扭角和缘板尺寸进行校正，校正后的终锻件的叶型弯曲、扭角和缘板尺寸100%在测具上进行测量，使终锻件的型面尺寸和缘板尺寸达到所需工艺要求；

步骤26、酸腐蚀，为给后续时效处理工艺做表面准备，将校正后的终锻件装入腐蚀槽用酸腐蚀预锻件表面，腐蚀时间和速率等严格按照腐蚀工艺进行腐蚀操作，腐蚀工艺为常规工艺终锻件的表面；

步骤27、时效处理，采用箱式炉和两段台阶保温工艺对步骤26中的终锻件进行时效处理，两段台阶保温工艺中，第一段将炉膛加热至720℃，保温温度720℃±10℃，保温时间480min，以65℃/h的冷却速率冷却至620℃，开始第二段保温，保温温度620℃±10℃，保温时间480min，最后出炉空冷至室温；

步骤28、振动光饰，选择正确的陶瓷磨料介质和光饰液，设置光饰机频率为50Hz，磨料介质高度不低于光饰机容器边缘以下10cm，将终锻件装入光饰机，光饰时间为2h，光饰结束后使用大量清水清洗零件，去除残余在零件表面的光饰液；

步骤29、终检，按照终检要求，检测叶片的金相及力学性能，并逐一对叶片的表面质量、叶型形状、型面尺寸进行检查，挑选出符合成品叶片图纸要求的锻件，完成锻造加工。

本实施例采用上述工艺步骤连续成功生产200件航空发动机压气机第十级转子叶片锻件，经100%目视检查，锻件表面质量良好、飞边完整、表面无裂纹、折叠等缺陷。

对随机抽取的锻件进行金相组织检查，结果如下：

低倍组织、流线分布形貌见图7，可以看出，锻件纵向剖面无目视可见的裂纹、折叠、空洞、夹杂、偏析、夹渣及其他冶金缺陷，金属流线连续，未发现明显的穿流和严重涡流，与规范组织图片对比未见暗腐蚀区、白斑及浅腐蚀区。

高倍组织形貌见图8，图8中左侧为叶根的高倍组织形貌图，右侧为叶身处的高倍组织形貌图，其高倍组织形貌合格，满足客户锻件规范。

高倍晶粒形貌见图9，图9中左侧为叶根的高倍晶粒形貌图，右侧为叶身处的高倍晶粒形貌图，其中，叶身晶粒度9~12级，叶根晶粒度7.5~8级，且分布均匀，无明显细晶剪切带。

随炉分离试棒经热处理后的高温（650℃）力学性能见表1，明显优于设计要求。

本发明生产的镍基高温合金叶片，其叶型尺寸、表面完整性、力学性能、金相组织完全满足航空发动机压气机叶片设计要求。

表1 本发明3个实施例制得的叶片的力学性能

Claims (10)

1.一种基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺，其特征在于：其包括以下步骤：

步骤1、下料，镍基高温合金棒料直径规格根据所需零件尺寸要求下料，棒料直径公差控制在±0.1mm以内，棒料重量控制在±2g以内；

步骤2、表面清理，去除棒料表面的污物及表面缺陷；

步骤3、喷涂玻璃润滑剂，采用喷涂工艺将步骤2中的棒料表面喷涂玻璃润滑剂；

步骤4、棒料加热，将步骤3中的棒料装炉进行加热，装炉时的炉温为1050℃±10℃，保温至棒料受热均匀；

步骤5、挤压，挤压比在7以内，将步骤4中的棒料快速从炉膛中取出放入挤压阴模内并迅速打击获得挤压件，待挤压件冷却后测量其杆部尺寸和头部高度，检查表面质量无缺陷；

步骤6、表面清理，清除干净挤压件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

步骤7、浸涂玻璃润滑剂，采用浸涂工艺将步骤6中的挤压件表面涂覆玻璃润滑剂；

步骤8、预锻加热，将步骤7中的挤压件装炉进行加热，装炉时的炉温为1020℃±10℃，保温至挤压件受热均匀；

步骤9、预锻，将步骤8中的挤压件快速从炉膛中取出放入预锻模具下模内并迅速打击获得预锻件，预锻时叶根变形量为20%~30%，叶身变形量为50%~70%，待预锻件冷却后测量其叶身相应位置截面的厚度尺寸，检查表面质量无缺陷；

步骤10、表面清理，清除干净预锻件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

步骤11、切边，按照预锻件切边工艺要求对预锻件的叶身进行切边操作，检查切边后叶型宽度尺寸符合工艺要求，叶型宽度尺寸公差±1mm，得到切边后的预锻件；

步骤12、喷涂玻璃润滑剂，采用喷涂工艺将步骤11中的切边后的预锻件表面喷涂玻璃润滑剂；

步骤13、终锻加热，将步骤12中的预锻件装炉进行加热，装炉时的炉温为1020℃±10℃，保温至预锻件受热均匀；

步骤14、终锻，将步骤13中的预锻件快速从炉膛中取出放入终锻模具下模内并迅速打击获得终锻件，终锻时叶根变形量为30%~40%，叶身变形量为50%~60%，待终锻件冷却后，测量其叶身型面尺寸参数，检查表面质量无缺陷；

步骤15、表面清理，清除干净终锻件表面残留的玻璃润滑剂以及氧化皮；

步骤16、切边，切边后叶身进排气边位置距成品叶片的余量为2mm~3mm，检查得到满足要求的切边后的终锻件；

步骤17、振动光饰；

步骤18、固溶处理，采用真空热处理炉对步骤17中的终锻件进行固溶处理；

步骤19、扭弯校正，在室温下使用精锻叶片校正扳手对步骤18中的终锻件的叶型弯曲、扭角和缘板尺寸进行校正，校正后100%在测具上进行测量，使终锻件的型面尺寸和缘板尺寸达到所需工艺要求；

步骤20、酸腐蚀终锻件的表面；

步骤21、时效处理；

步骤22、振动光饰；

步骤23、终检，按照终检要求，检测叶片的金相及力学性能，并逐一对叶片的表面质量、叶型形状、型面尺寸进行检查，挑选出符合成品叶片图纸要求的锻件，完成锻造加工。

2.根据权利要求1所述的一种基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺，其特征在于：所述步骤3和所述步骤12中，喷涂玻璃润滑剂的工艺为：将棒料或切边后的预锻件放入烘箱中，加热温度为120℃±20℃，加热时间不少于30min，然后从烘箱中取出棒料或切边后的预锻件，将配制好的玻璃润滑剂溶液均匀地喷敷在棒料或切边后的预锻件表面，棒料表面的涂层厚度控制在0.08mm~0.10mm，切边后的预锻件表面的涂层厚度控制在0.03mm~0.05mm，检查表面涂料颜色均匀、无金属原色外漏，喷好后室温下放置1小时以上，得到玻璃润滑剂厚度和表面满足要求的棒料或预锻件。

3.根据权利要求1所述的一种基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺，其特征在于：所述步骤7中，浸涂玻璃润滑剂的工艺为，将挤压件放入烘箱中，加热温度为120℃±20℃，加热时间不少于30分钟，然后从烘箱中取出挤压件，使用工具钳夹持挤压件放入配制好的玻璃润滑剂溶液中，匀速转动，使玻璃润滑剂涂料均匀覆盖在挤压件表面，涂层厚度0.04mm~0.06mm，检查挤压件表面涂料颜色均匀、无金属原色外漏，浸涂后室温下放置1小时以上，得到玻璃润滑剂厚度和表面满足要求的挤压件。

4.根据权利要求1所述的一种基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺，其特征在于：所述步骤4、所述步骤8、所述步骤13中的保温时间t按以下公式计算：t= 0.6~0.7min/mm×H+1~2min，其中，H为工件沿热传导方向的最大厚度，单位为mm。

5.根据权利要求1所述的一种基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺，其特征在于：所述步骤5中，棒料从炉膛中取出放入挤压阴模内的转移时间不得超过7秒。

6.根据权利要求1所述的一种基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺，其特征在于：所述步骤9中，挤压件从炉膛中取出放入预锻模具下模内的转移时间不得超过7秒。

7.根据权利要求1所述的一种基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺，其特征在于：所述步骤14中，预锻件从炉膛中取出放入终锻模具下模内的转移时间不得超过5秒。

8.根据权利要求1所述的一种基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺，其特征在于：所述步骤7和所述步骤12之前还包括以下步骤，目视检查挤压件或预锻件，确保挤压件杆部无裂纹、无螺旋、无折叠，允许挤压件头部有轻微反向毛刺，杆部有轻微拉伤，然后使用60目/120目砂带将毛刺和拉伤抛修去除；确保预锻件表面无裂纹、无折叠，允许预锻件型面及转接处有轻微拉伤，然后使用120目/240目砂带将型面拉伤抛修去除；然后对抛修后的挤压件或预锻件进行振动光饰，并用酸腐蚀挤压件或预锻件的表面。

9.根据权利要求1所述的一种基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺，其特征在于：所述固溶处理的参数为：冷却介质为氩气，在室温下装炉，炉膛抽真空，炉子加热至965℃，保温温度965℃±10℃，保温时间60min~70min，充氩气冷却至60℃以下，然后空冷至室温。

10.根据权利要求1或9所述的一种基于镍基高温合金的航空压气机叶片的锻造工艺，其特征在于：所述时效处理是采用箱式炉和两段台阶保温工艺，第一段将炉膛加热至720℃，保温温度720℃±10℃，保温时间480min~495min，以45℃~65℃/h的冷却速率冷却至620℃，开始第二段保温，保温温度620℃±10℃，保温时间480min ~495min，最后出炉空冷至室温。