CN112775377B - 改善tc11合金轮盘-轴颈模锻件组织性能的锻造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料热加工领域，涉及一种改善TC11合金轮盘‑轴颈模锻件组织性能的锻造方法，所述方法通过控制模具轮缘厚度来控制需改善区域的变形量和变型速率，满足以下控制关系：当锻件组织要求为1‑2级时，轮缘厚度控制在120mm～150mm；当锻件组织要求为3‑4级时，轮缘厚度控制在100mm～120mm；当锻件组织要求为5‑6级时，轮缘厚度控制在70mm～100mm；本发明的方法实现了对锻件的加热温度和锻造变形量的精确控制，使对于不易得到组织模锻件一次达到预期的要求，有效改善TC11合金轮盘‑轴颈模锻件低倍组织水平、组织可靠性，成功生产出具有良好的组织要求的钛合金锻件。

Description

改善TC11合金轮盘-轴颈模锻件组织性能的锻造方法
技术领域
本发明属于材料热加工领域，具体涉及一种改善TC11合金轮盘-轴颈模锻件组织性能的锻造方法。
背景技术
TC11合金是一种钛合金材料，TC11是以铝、钛、钼、铌等元素强化的镍基高温合金，是在合金基础上补充合金化发展而成的，在500～800℃范围内具有高的持久强度和良好的综合性能。该合金广泛应用于制造航空发动机的涡轮盘、压气机盘、导流片、承力环等重要承力零件，工作温度可达750～800℃。对于组织要求较高的锻件，成型后不易返修的锻件，有别于传统生产的锻件锻造方法，对锻造的变形过程的控制是该材料生产的难点，对内部组织和性能具有重要的影响。
通常TC11轮盘-轴颈模锻件在自由锻锤上制坯，再在锻锤生产时，模锻件应在α+β区锻造，最终热处理后理化检测低倍组织。来满足锻件最终要求。对于轮盘-轴颈模锻件生产时，因锻件部分在模锻锤生产时变形区域的限制，使该部分变形区域的变形量不能满足锻件低倍组织的要求，轮盘-轴颈模锻件的变形区域的限制是我们解决生产此类问题的关键。
发明内容
本发明的目的是：提供一种改善TC11合金轮盘-轴颈模锻件组织性能的锻造方法，以解决部分变形区域的变形量不能满足锻件低倍组织要求的技术问题。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：
一种改善TC11合金轮盘-轴颈模锻件组织性能的锻造方法，所述锻造方法通过控制模具轮缘厚度来控制需改善区域的变形量和变型速率，满足以下控制关系：
当锻件组织要求为1-2级时，轮缘厚度控制在120mm～150mm；
当锻件组织要求为3-4级时，轮缘厚度控制在100mm～120mm；
当锻件组织要求为5-6级时，轮缘厚度控制在70mm～100mm。
所述的锻造方法首先对通过自由锻制坯好的预成型件进行加热，然后对预成型件在与模锻生产同一设备中进行分火次模锻、热处理、机加、腐蚀、理化检查。
所述的模锻具体步骤如下：
步骤一：模锻一火：将预成型件入电炉进行加热，加热规范：相变点下40～45℃加热，保温时间按保温系数0.7～0.8min/mm计算，模锻一火时变形量为25～34％，锻后冷却方式为风冷；
步骤二：模锻二火：将步骤一完成后的锻件入电炉进行加热，加热规范：相变点下30～35℃加热，保温时间按保温系数0.7～0.8min/mm计算，锻至锻件充满成型，控制轮缘厚度，锻后冷却方式为风冷。
热处理步骤如下：
一次退火，≤900℃入炉，再升温至β相变点以下30～50℃，保温1.5～2h，风冷；
二次退火：≤500℃入炉，再升温至加热温度530±10℃保温360min，空冷。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种改善TC11合金轮盘-轴颈模锻件组织性能的锻造方法，通过对锻件锻造火次及及改变模具轮缘厚度进行设定；从而来实现对锻件的加热温度和锻造变形量的精确控制，使对于不易得到组织模锻件一次达到预期的要求，有效改善TC11合金轮盘-轴颈模锻件低倍组织水平、组织可靠性，成功生产出具有良好的组织要求的钛合金锻件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的预成型件示意图；
图2为锻件示意图；
H为预成型件高度，h为锻件轮缘厚度。
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。
下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。
在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。
实施例1：锻件组织要达到1～2级。
第一步：模锻一火生产：
预成型件在相变点下40℃保温270min后进行锻造，加热系数为0.8min/mm，保温时间到后进行模锻生产，这个过程需控制始锻温度和终锻温度，垂直尺寸等关键参数。通过之前的模拟计算，这一火能很好的控制锻件中心的变形量，H锻至200mm使得中心变形量控制在34％以内，减小中心金属流动过快的趋势。
第二步：模锻二火生产：
模锻一火完成后，锻件风冷。待吹砂、打磨后生产二火。一火后的预成型件在相变点下35℃保温270min后进行锻造，加热系数为0.8min/mm，保温时间到后进行模锻生产，这个过程需控制始锻温度和终锻温度，轮缘厚度在120～150mm等关键参数。通过之前的模拟计算，这一火锻件中心的变形量降低到14％，有效的改善了锻件中心金属流动，使得锻件各部分变形差异减小，对锻件低倍组织的改善起决定性作用。
第三步：根据热处理规程对锻件进行一次退火+二次退火；
第四步：锻件粗加工后进行探伤腐蚀，腐蚀的宏观组织满足标准1～2级。
实施例2：锻件组织要达到:3～4级。
第一步：模锻一火生产：
预成型件在相变点下40℃保温270min后进行锻造，加热系数为0.8min/mm，保温时间到后进行模锻生产，这个过程需控制始锻温度和终锻温度，垂直尺寸等关键参数。通过之前的模拟计算，这一火能很好的控制锻件中心的变形量，H锻至200mm使得中心变形量控制在34％以内，减小中心金属流动过快的趋势。
第二步：模锻二火生产：
模锻一火完成后，锻件风冷。待吹砂、打磨后生产二火。一火后的预成型件在相变点下35℃保温270min后进行锻造，加热系数为0.8min/mm，保温时间到后进行模锻生产，这个过程需控制始锻温度和终锻温度，轮缘厚度在100～120mm等关键参数。通过之前的模拟计算，这一火锻件中心的变形量达到20％，锻件中心金属流动较快，使得锻件各部分变形差异较大。
第三步：根据热处理规程对锻件进行一次退火+二次退火；
第四步：锻件粗加工后进行探伤腐蚀，腐蚀的宏观组织满足标准3～4级。
实施例3：锻件组织要达到:5～6级。
第一步：模锻一火生产：
预成型件在相变点下40℃保温270min后进行锻造，加热系数为0.8min/mm，保温时间到后进行模锻生产，这个过程需控制始锻温度和终锻温度，垂直尺寸等关键参数。通过之前的模拟计算，这一火能很好的控制锻件中心的变形量，H锻至200mm使得中心变形量控制在34％以内，减小中心金属流动过快的趋势。
第二步：模锻二火生产：
模锻一火完成后，锻件风冷。待吹砂、打磨后生产二火。一火后的预成型件在相变点下35℃保温270min后进行锻造，加热系数为0.8min/mm，保温时间到后进行模锻生产，这个过程需控制始锻温度和终锻温度，轮缘厚度在70～100mm等关键参数。通过之前的模拟计算，这一火锻件中心的变形量达到25％，锻件中心金属流动过快，使得锻件各部分变形差异较大。
第三步：根据热处理规程对锻件进行一次退火+二次退火；
第四步：锻件粗加工后进行探伤腐蚀，腐蚀的宏观组织满足标准5～6级。

Claims (6)

1.改善TC11合金轮盘-轴颈模锻件组织性能的锻造方法，其特征在于：
所述锻造方法通过控制模具轮缘厚度来控制需改善区域的变形量和变型速率，满足以下控制关系：
当锻件组织要求为1-2级时，轮缘厚度控制在120mm～150 mm；
当锻件组织要求为3-4级时，轮缘厚度控制在100 mm～120 mm；
当锻件组织要求为5-6级时，轮缘厚度控制在70 mm～100 mm；
所述的锻造方法首先对通过自由锻制坯得到的预成型件进行加热，然后对预成型件在模锻生产中使用同一设备进行分火次模锻、热处理、机加、腐蚀、理化检查；
所述的模锻具体步骤如下：
模锻一火：将预成型件入电炉进行加热，加热规范：相变点下40～45℃加热，保温时间按保温系数0.7～0.8min/mm计算，模锻一火时变形量为25～34%；
模锻二火：将步骤一完成后的锻件入电炉进行加热，加热规范：相变点下30～35℃加热，保温时间按保温系数0.7～0.8min/mm计算，锻至锻件充满成型，控制轮缘厚度；
所述热处理为：根据热处理规程对锻件进行一次退火+二次退火。
2.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于：热处理步骤如下：
一次退火，≤900℃入炉，再升温至β相变点以下30～50℃，保温1.5～2h；
二次退火：≤500℃入炉，再升温至加热温度530±10℃保温360min。
3.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于：步骤一中锻后冷却方式为风冷。
4.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征在于：步骤二中锻后冷却方式为风冷。
5.根据权利要求2所述的锻造方法，其特征在于：一次退火冷却方式为风冷。
6.根据权利要求2所述的锻造方法，其特征在于：二次退火冷却方式为空冷。
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