CN111761022A - 一种TiB2/7050风扇小型转子叶片锻件的制造方法 - Google Patents

一种TiB2/7050风扇小型转子叶片锻件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种TiB2/7050风扇小型转子叶片锻件的制造方法。所述锻件的制造方法依次按照以下步骤进行：下料—坯料加热—20MN多向模锻液压机制坯—坯料加热——20MN多向模锻液压机预锻——坯料加热——20MN多向模锻液压机终锻——激光切边——热处理——振动光饰。本发明的一种TiB2/7050风扇小型转子叶片锻件的制造方法生产的铝基复合材料小型商用叶片锻件流线分布合理，组织均匀性好，锻件性能稳定，生产效率高。

Description

一种TiB2/7050风扇小型转子叶片锻件的制造方法
技术领域
本发明属于TiB2/7050铝基复合材料热加工技术领域，涉及一种TiB2/7050 风扇小型转子叶片锻件的制造方法。
背景技术
TiB2/7050铝基复合材料是一种以高强铝合金7050材料为基体进行化学反应来生成微纳米级的TiB2陶瓷颗粒增强相的金属基复合材料，相较钛合金材料具有优秀的比强度、比模量和疲劳性能，适用200℃以下的工作环境。采用铝基复合材料代替传统的钛合金材料，是提高发动机推重比，减轻发动机重量的有效方法和手段，铝基复合材料的应用在我国尚处于初期，目前主要应用于航天领域的静子端结构件，尚无在转动部件上应用的先例。为了开发铝基复合材料风扇小型叶片，需要在原材料制备和叶片锻造、机加、热处理及检测工艺上开展大量的基础和应用研究。本发明特提出一种针对商用发动机TiB2/7050铝基复合材料风扇小型转子叶片锻件的制造方法，可以实现该材料小型叶片锻件的成型要求，所述材料叶片锻件的制造方法能够实现TiB2/7050铝基复合材料风扇小型转子叶片锻件组织均匀，力学性能符合锻件技术要求，可以实现所述锻件的规模化生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：实现商用发动机TiB2/7050铝基复合材料风扇小型转子叶片锻件的规模化生产制造，锻件成型及组织性能满足技术指标要求。
本发明的技术方案是：
一种TiB2/7050风扇小型转子叶片锻件的制造方法，依次按照以下步骤进行：下料—坯料加热—20MN多向模锻液压机制坯—坯料加热——20MN多向模锻液压机预锻——坯料加热——20MN多向模锻液压机终锻——激光切边——热处理——振动光饰。
步骤如下：
(1)自动下料倒角机进行下料并倒角；
(2)在20MN多向模锻液压机上顶锻制坯；
(3)在20MN多向模锻液压机上进行预锻；
(4)在20MN多向模锻液压机上进行终锻；
(5)在光纤激光切割机上进行残余毛边切除，所述切边技术要求如下：焦点距离0.3～0.8mm/s、切割速度55～65mm/s；
(6)将所述锻件进行固溶时效并振动光饰处理，最终制备出锻件。
具体包括如下步骤，
步骤1自动下料倒角机进行下料并倒角；
步骤2将TiB2/7050铝基复合材料棒料加热至410℃～440℃后进行多向模锻液压机制坯，制坯技术要求如下：制坯模具预热温度250℃～350℃、坯料加热温度410℃～440℃、坯料保温时间80～100min、变形速率0.2～2mm/s、头部变形量40％～70％，锻后空冷至室温；
步骤3在多向模锻液压机上对锻件进行预锻，所述预锻技术要求如下：预锻模具预热温度250℃～350℃、坯料加热温度400℃～450℃、坯料保温时间 70～110min、变形速率0.2～1.5mm/s、叶身及榫头变形量30％～65％，锻后空冷至室温；
步骤4在多向模锻液压机上进行终锻，所述终锻技术要求如下：终锻模具预热温度250℃～350℃、坯料加热温度400℃～450℃、坯料保温时间50～ 95min、变形速率0.2～1.2mm/s、叶身及榫头变形量30％～55％，锻后空冷至室温；
步骤5在光纤激光切割机上对该材料锻件进行残余毛边切除，所述切边技术要求如下：焦点距离0.3～0.8mm/s、切割速度55～65mm/s；
步骤6对锻件进行固溶和时效处理，所述固溶时效处理技术要求如下：固溶温度470～475℃、保温110～130min、水冷，时效110～130℃保温20～25h
步骤7对锻件进行振动光饰，技术要求如下：光饰时间≥3h；
最终得到上述用发动机TiB2/7050铝基复合材料风扇小型转子叶片锻件。
本发明的有益效果是：采用自动下料倒角机进行下料，保证下料尺寸精度，提高生产效率；采用20MN多向模锻液压机进行闭式模锻制坯，节约了原材料，提高了尺寸稳定性，消除了自由锻工艺不可控的因素；采用20MN多向模锻液压机进行模锻，提高了工艺稳定性，有效满足了该材料锻件对变形速度0.2～ 2mm/s的特殊要求，避免了采用模锻锤制造的风险，降低了生产制造成本；采用光纤激光切割机进行去除残余毛边的制造方法，提高了生产效率，减少了锻件采用传统切边方式的变形。
附图说明
图1为叶片锻件示意图；
图2为顶锻制坯示意图；
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。
如图1所示，本发明所述的一种TiB2/7050风扇小型转子叶片锻件，叶片总长度为160mm，叶身最大弦宽57mm，叶身最大厚度约8.2mm，榫头与叶身型面之间扭角约为30°，叶片投影面积0.0084m2，锻件重量0.267Kg，锻件的全面性能指标及尺寸要求应符合锻件图纸及技术要求。
其制造步骤详细如下：
1、下料：采用自动下料倒角机，下料尺寸φ35×195mm
2、如图2所示，制坯：制造设备20MN多向模锻液压机，制坯模具预热温度250℃～350℃、坯料加热温度410℃～440℃、坯料保温时间80～100min、变形速率0.2～2mm/s、头部变形量40％～70％，锻后空冷至室温；
3、预锻：制造设备20MN多向模锻液压机，预锻技术要求如下：预锻模具预热温度250℃～350℃、坯料加热温度400℃～450℃、坯料保温时间70～ 110min、变形速率0.2～1.5mm/s、叶身及榫头变形量30％～65％，锻后空冷至室温；
4、终锻：制造设备20MN多向模锻液压机，终锻模具预热温度250℃～ 350℃、坯料加热温度400℃～450℃、坯料保温时间50～95min、变形速率0.2～ 1.2mm/s、叶身及榫头变形量30％～55％，锻后空冷至室温；
5、切边：在光纤激光切割机上对该材料锻件进行残余毛边切除，所述切边技术要求如下：焦点距离0.3～0.8mm/s、切割速度55～65mm/s；
6、对锻件进行固溶和时效处理，技术要求如下：固溶温度473℃、保温 120min、水冷，时效120℃保温20h；
7、振动光饰：对锻件进行振动光饰，技术要求如下：光饰时间≥3h。
该制造方法得到的TiB2/7050风扇小型转子叶片锻件经测试：低倍组织均匀，室温拉伸：σb＝715MPa，σ0.2＝665MPa，δ5＝7.5％，所述锻件组织性能指标满足锻件技术要求。

Claims (9)

1.一种TiB2/7050风扇小型转子叶片锻件的制造方法，其特征在于，依次按照以下步骤进行：下料—坯料加热—20MN多向模锻液压机制坯—坯料加热——20MN多向模锻液压机预锻——坯料加热——20MN多向模锻液压机终锻——激光切边——热处理——振动光饰。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)自动下料倒角机进行下料并倒角；
(2)在20MN多向模锻液压机上顶锻制坯；
(3)在20MN多向模锻液压机上进行预锻；
(4)在20MN多向模锻液压机上进行终锻；
(5)在光纤激光切割机上进行残余毛边切除，所述切边技术要求如下：焦点距离0.3～0.8mm/s、切割速度55～65mm/s；
(6)将所述锻件进行固溶时效并振动光饰处理，最终制备出锻件。
3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，步骤(2)中将TiB2/7050铝基复合材料棒料加热至410℃～440℃后再进行多向模锻液压机顶锻制坯，制坯技术要求如下：制坯模具预热温度250℃～350℃、坯料加热温度410℃～440℃、坯料保温时间80～100min、变形速率0.2～2mm/s、头部变形量40％～70％，锻后空冷至室温。
4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，步骤(3)中所述预锻技术要求如下：预锻模具预热温度250℃～350℃、坯料加热温度400℃～450℃、坯料保温时间70～110min、变形速率0.2～1.5mm/s、叶身及榫头变形量30％～65％，锻后空冷至室温。
5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，步骤(4)终锻步骤为：终锻模具预热温度250℃～350℃、坯料加热温度400℃～450℃、坯料保温时间50～95min、变形速率0.2～1.2mm/s、叶身及榫头变形量30％～55％，锻后空冷至室温。
6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，步骤(5)中所述终锻技术要求如下：终锻模具预热温度250℃～350℃、坯料加热温度400℃～450℃、坯料保温时间50～95min、变形速率0.2～1.2mm/s、叶身及榫头变形量30％～55％，锻后空冷至室温。
7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，步骤(5)在光纤激光切割机上对该材料锻件进行残余毛边切除，所述切边技术要求如下：焦点距离0.3～0.8mm/s、切割速度55～65mm/s。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，步骤(6)对锻件进行固溶时效处理的步骤为：所述固溶时效处理技术要求如下：固溶温度470～475℃、保温110～130min、水冷，时效110～130℃保温20～25h。
9.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，步骤(6)对锻件进行振动光饰，技术要求如下：光饰时间≥3h。
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