CN110976727A - 一种提高钛合金锻件组织均匀性的锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于锻造热加工领域，涉及一种提高钛合金锻件组织均匀性的锻造方法。该方法包括将钛合金棒料加工成荒形并将荒形加热到锻造温度；将工装模具预热至预热温度；将工装模具在预定时间内安装至锻造设备上；按照工艺要求的锤击变形量对荒形锤击2至4次得到钛合金锻件。本发明增强了锻造控制能力，最大限度的减少了相同锻件在油压机锻造产生的冷漠组织以及对击锤上的变形不可控所导致的锻件组织缺陷。

Description

一种提高钛合金锻件组织均匀性的锻造方法

技术领域

本发明属于锻造热加工领域，涉及一种提高钛合金锻件组织均匀性的锻造方法。

背景技术

现代航空装备的快速发展强烈依赖于材料及其制造技术的进步，热加工锻造技术是航空装备制造的核心工艺环节之一，并且航空装备用钛合金锻件具有高比强度、韧性、高耐蚀性等特点，因此钛合金锻件在航空、航天、船舶以及石油、兵器等领域有着广泛的应用，目前大中型钛合金锻件大部分都是通过较大吨位的油压机或者对击锤实现的，而普通油压机的变形速度有限，而且模具与锻件接触时间较长，锻件容易产生冷模组织，另外，普通的对击锤可控性较差，不能有效控制锻件每火锤次变形量，而且重复打击偏差较大，对生产高性能的钛合金锻件有着不可避免的技术难点，无法满足未来航空装备用锻件的质量要求和稳定性需求，主要体现在锻造过程变形量、变形速度和压力等工艺参数无法精准控制，锻造工艺质量过度依赖人工操作水平，从而制约大批量，稳定化生产高性能钛合金锻件。

发明内容

本发明的目的：提供了一种提高钛合金锻件组织均匀性的锻造方法，解决常规油压机和对击锤生产的钛合金锻件冷模组织厚以及锻造过程中变形量不均匀的问题。

本发明的技术方案：

第一方面，提供了一种提高钛合金锻件组织均匀性的锻造方法，所述方法借助于大型螺旋压力机执行，包括：

将钛合金棒料加工成荒形并将荒形加热到锻造温度；

将工装模具预热至预热温度；

将工装模具在预定时间内安装至锻造设备上；

按照工艺要求的锤击变形量对荒形锤击2～4次得到钛合金锻件。

进一步地，按照工艺要求的锤击变形量对荒形锤击2～4次得到钛合金锻件，具体包括：

在一火成型的情况下，第一次锤击的能量为总能量的10％～40％，速度为0.2m/s～0.5m/s且荒形变形量为5％～10％，后续锤击的能量为总能量的30％～90％，速度为0.2m/s～0.5m/s或荒形变形量的10％～50％。

进一步地，按照工艺要求的锤击变形量对荒形锤击2～4次得到钛合金锻件，具体包括：

在多火次成型的情况下，第一火，第一次锤击的能量为总能量的10％～40％，速度为0.2m/s～0.5m/s且荒形变形量为5％～10％，后续锤击的能量为总能量的30％～90％，速度为0.2m/s～0.5m/s或荒形变形量的10％～50％；

第二火及后续火次每火次锤击2至4次，每次锤击的能为总能量的50％以上，速度为0.2m/s～0.5m/s。

进一步地，按照工艺要求的锤击变形量对荒形锤击2～4次得到钛合金锻件，具体包括：

在多火次成型的情况下，第一火，第一次锤击的能量为总能量的10％～40％，速度为0.2m/s～0.5m/s且荒形变形量为5％～10％，后续锤击的能量为总能量的30％～90％，速度为0.2m/s～0.5m/s且荒形变形量的10％～50％；

第二火及后续火次每火次锤击2～4次，每次锤击的位移根据工艺要求的变形量确定。

进一步地，将钛合金棒料加工成荒形，具体包括：

按照工艺要求将钛合金棒料经过镦粗、改锻、冲孔、机加、打磨形成所需荒形。

进一步地，所述预热温度为250℃至450℃。

进一步地，所述预定时间小于30min。

进一步地，将工装模具在预定时间内安装至锻造设备上，具体包括：

利用工装更换系统将工装模具在20分钟内安装至锻造设备上。

本发明的有益效果：

本发明通过合理的工艺设计，可以精准控制锻造变形量、锻造压力等工艺参数，并且根据不同锻件尺寸及性能要求设置不同的工艺控制参数，增强锻造控制能力，最大限度的减少相同锻件在油压机锻造产生的冷漠组织以及对击锤上的变形不可控所导致的锻件组织缺陷，生产组织性能合格的大中型钛合金锻件。

附图说明

图1是根据本发明实施例的锻件示意图；

图2是根据本发明实施例的荒形示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决钛合金锻件冷模层以及组织均匀性问题，本发明通过大型电动螺旋压力机(最大打击力350MN)锻造钛合金锻件的生产方法，其技术方案主要包括以下步骤：

步骤1：坯料加热

根据工艺技术要求对棒料进行切割下料，经镦粗、改锻等制坯工艺，后经机加、打磨等工序控制荒形尺寸，将锻造专用钛合金润滑剂均匀喷涂于坯料表面，明确各阶段保温时间计算系数，一般情况下(冷料加热保温时间按0.8min/mm计算，热料回炉高温保温时间按0.5min/mm计算)，按以上加热制度对荒形进行加热，保证锻前坯料最大截面厚度达到工艺要求的加热温度。

步骤2：工装预热

防止坯料表面温度下降太快，造成开裂，锻造前对所使用的工装模具进行预热，预热温度250℃-450℃。

步骤3：更换工装

本发明借助的大型螺旋压力机配备快速的专用换模系统，能在30分钟内完成模具更换，并进行调试，确定模具及设备正常，而且可最大限度保证了模具工装的温度，提供良好的锻压条件。

步骤4：锻造过程控制

根据锻件形状及性能要求控制每火次打击参数，钛合金每火次打击2～4锤，打击速度按0.2m/s～0.5m/s进行设置，如一火成型，要求第一锤成型打击能量以总能量的的10％～40％进行设置，变形量按5％～10％控制，后续锤击能量按总能量的30％～90％设置且变形量以10％～50％控制进行锻造成型，如多火次锻造，第一火，第一次锤击的能量为总能量的10％～40％，速度为0.2m/s～0.5m/s且荒形变形量为5％～10％，后续锤击的能量为总能量的30％～90％，速度为0.2m/s～0.5m/s或荒形变形量的10％～50％控制，第二火及后续火次可进行，每火次2～4锤且大能量(50％以上)连续打击，或根据工艺要求通过变形量控制来设置每锤打击位移进行一定变形量锻造。

该发明借用大型螺旋压力机通过合理的工艺参数设置，可实现锻件成形过程中动态再结晶能量充足，有利于材料进行充分的再结晶并且材料和模具接触时间短，有利于保持材料变形过程中温度均匀，减小锻件冷模层厚度。此外，该发明使用的大型螺旋压力机的压力大小、压下位置、压下速度等锻压工艺指令均数字化输入，自动控制完成，锻压过程的稳定控制能力强，确保该发明涉及的工艺技术高效实施，

最大限度的减少相同锻件在油压机锻造产生的冷漠组织以及对击锤上的变形不可控所导致的锻件组织缺陷，生产组织性能合格的大中型钛合金锻件。

实施例：

以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

采用本发明的方法生产一钛合金锻件，锻件外形尺寸785×600×173mm；材料：Ti-6Al-4V，锻件重量91Kg，投影面积约为0.46m2，类别Ⅰ，锻件结构复杂，封闭筋较多，充型难度较大，锻件示意图如图1所示。

其锻造步骤详细如下：

第一步：按工艺要求下料规格：φ250×545mm。棒料进行3火次镦粗、展宽及拔长等制坯工序变形至如图2所示荒形；

第二步：将荒形进行预热喷涂并在相变点下35℃按相应工艺要求时间进行加热；

第三步：在锻造前30min采用专用换模小车将预热好的工装模具采用专用换模设备快速至于设备并调试用于锻造。

第四步：由于实例锻件结构复杂且封闭筋多，成形时变形困难，为了少火次完成充型较好的锻件生产，工艺特别设置了预锻工序，采用预锻及终端锻两套模具，设备同样采用该专利涉及的螺旋压力机，预锻成型：第一火设定打击锤击次数3锤，打击速度0.3m/m，打击能量按10％，30％，60％设置，第二火锤击次数3锤，打击速度0.3m/m，打击能量按40％，70％，70％设置；模锻生产：工艺设定打击锤次3锤，每一捶击速度0.3m/s,打击能量按40％，70％，70％，一火完成。

锻后将锻件切除毛边并吹砂打磨处理，按以下热处理制度进行锻件热处理：β退火：≤750℃入炉，升温至相变点以上30℃，保温50分钟，出炉空冷；再进行去应力退火：≤650℃入炉，升温至730℃，保温180分钟，出炉空冷。

通过该方法锻造的复杂钛合金结构锻件充型良好，表面质量较好，理化性能符相应标准要求，且锻压尺寸控制精度和批次生产质量稳定性均较常规空气锤等锻压设备较高。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种提高钛合金锻件组织均匀性的锻造方法，所述方法借助于大型螺旋压力机执行，其特征在于，包括：

将钛合金棒料加工成荒形并将荒形加热到锻造温度；

将工装模具预热至预热温度；

将工装模具在预定时间内安装至锻造设备上；

按照工艺要求的锤击变形量对荒形锤击2～4次得到钛合金锻件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照工艺要求的锤击变形量对荒形锤击2～4次得到钛合金锻件，具体包括：

在一火成型的情况下，第一次锤击的能量为总能量的10％～40％，速度为0.2m/s～0.5m/s且荒形变形量为5％～10％，后续锤击的能量为总能量的30％～90％，速度为0.2m/s～0.5m/s或荒形变形量的10％～50％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照工艺要求的锤击变形量对荒形锤击2～4次得到钛合金锻件，具体包括：

在多火次成型的情况下，第一火，第一次锤击的能量为总能量的10％～40％，速度为0.2m/s～0.5m/s且荒形变形量为5％～10％，后续锤击的能量为总能量的30％～90％，速度为0.2m/s～0.5m/s或荒形变形量的10％～50％；

第二火及后续火次每火次锤击2至4次，每次锤击的能为总能量的50％以上，速度为0.2m/s～0.5m/s。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照工艺要求的锤击变形量对荒形锤击2～4次得到钛合金锻件，具体包括：

在多火次成型的情况下，第一火，第一次锤击的能量为总能量的10％～40％，速度为0.2m/s～0.5m/s且荒形变形量为5％～10％，后续锤击的能量为总能量的30％～90％，速度为0.2m/s～0.5m/s且荒形变形量的10％～50％；

第二火及后续火次每火次锤击2～4次，每次锤击的位移根据工艺要求的变形量确定。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将钛合金棒料加工成荒形，具体包括：

按照工艺要求将钛合金棒料经过镦粗、改锻、冲孔、机加、打磨形成所需荒形。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预热温度为250℃至450℃。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定时间小于30min。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将工装模具在预定时间内安装至锻造设备上，具体包括：

利用工装更换系统将工装模具在20分钟内安装至锻造设备上。

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