CN113343534B - 一种提高钛合金高筋锻件准β锻变形均匀性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高钛合金高筋锻件准β锻变形均匀性的方法，包括以下步骤：S1、在准β锻之前，通过软件对改进后的预锻件模型进行有限元模拟，优化改进后预锻件模型的结构尺寸参数并进行准β锻模拟计算，使所述改进后的预锻件模型经过准β锻后得到的终锻件模型的变形量在有效变形量范围20%~40%内；S2、按照S1中满足有效变形量的预锻件模型数据进行加工，得到改进后的预锻模具；S3、将钛合金坯料放入改进后的预锻模具中进行预锻成型，得到改进后的预锻件，再将改进后的预锻件放入终锻模具进行准β锻，得到终锻件。本发明能够有效提高锻件高筋区域的变形量，使得高筋部位的变形与腹板均匀一致。

Description

一种提高钛合金高筋锻件准β锻变形均匀性的方法
技术领域
本发明涉及钛合金加工技术领域，具体涉及一种提高钛合金高筋锻件准β锻变形均匀性的方法。
背景技术
TC18钛合金高筋锻件在准β锻成形过程中，对于筋宽比≥3的高筋锻件，预锻件筋条采用常规设计的平面结构。由于预锻件筋条与终锻件筋条形状相似，均为平面，因此金属在高筋处型腔内的流动空间小，同时高筋区域温降较快，金属变形更困难，这两点容易导致筋顶部分产生变形很小的变形死区，变形死区晶粒组织粗大，组织性能经常不合格。
目前在钛合金准β锻造前，一般会在筋条位置包裹一层很薄的保温耐火材料，以防止温降较快，提高金属锻造过程中的流动性。但因预锻件与终锻件形状相似，金属在型腔内流动空间小，还是会存在高筋区域变形很小的问题，使得锻件整体变形均匀性较差。对于TC18钛合金而言，准β锻变形量对其组织性能有着至关重要的影响，高筋部分的小变形很容易导致最终性能不合格。
因此，如何提高钛合金锻件高筋区域准β锻的变形量，从而获得变形均匀、性能合格的锻件，是本领域技术人员研究的方向。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有的TC18钛合金高筋锻件在准β锻成形过程中，由于预锻件筋条与终锻件筋条形状相似，筋顶部分变形量小，易形成变形死区，导致锻件性能不合格的问题，提供一种提高钛合金高筋锻件准β锻变形均匀性的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种提高钛合金高筋锻件准β锻变形均匀性的方法，包括以下步骤：
S1、在准β锻之前，通过软件对改进后的预锻件模型进行有限元模拟，优化改进后的预锻件模型的结构尺寸参数并进行准β锻模拟计算，使所述改进后的预锻件模型经过准β锻后得到的终锻件模型的变形量在有效变形量范围20%~40%内；其中，所述改进后的预锻件模型为在常规预锻件的筋条侧壁上竖向设置若干凸台；
S2、按照S1中满足有效变形量的预锻件模型数据进行加工，得到改进后的预锻模具；
S3、将钛合金坯料放入改进后的预锻件模具中进行预锻成型，得到改进后的预锻件，再将改进后的预锻件放入终锻模具进行准β锻，得到终锻件。
优选，所述预锻件模型的参数包括凸台的宽度、厚度和间隔；其中，宽度W为20~50mm，厚度T为3~10mm，两凸台之间的间隔H为40~100mm。
进一步，所述凸台的顶部和底部呈圆弧形过渡，其中，凸台顶部圆角R1为10~25mm，凸台根部圆角R2为20~50mm。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明提供的方法，首先设计预锻件模型，在常规预锻件的筋条侧壁上竖向设置若干凸台，经圆角处理使其呈波浪面结构，并采用有限元模拟分析，优化改进后的预锻件模型的结构尺寸参数，使经过准β锻造后的终锻件的变形量达到符合要求的变形量，提高了锻件准β锻的变形量，提高了产品的质量，提高了成品率，降低了废品率。
2、本发明中，根据该预锻件模型加工预锻件模具，使坯料在预锻件模具中进行预锻成形，得到具有波浪凸台结构的预锻件，再将该预锻件放入终锻模具进行准β锻。由于预锻件筋条侧壁为波浪面结构，终锻模具筋条部位为平面结构，在准β锻造时，预锻件侧壁凸台受到锻造的压力将筋条侧壁凸台压入筋条内部，筋条侧壁由波浪面结构变成平面结构，改变了原来平面与平面接触的变形方式，通过这种方式能够增大筋条部位在成形时的金属流动空间，使金属流动变形更大，从而有效提高锻件高筋区域的变形量，改善高筋区域的小变形，使得高筋部位的变形与腹板尽量均匀一致，提高了锻件的整体变形均匀性，从而提高锻件最终性能。
附图说明
图1为实施例1中常规预锻件模型和改进后的预锻件模型的示意图，其中，a为常规预锻件模型，b为改进后的预锻件模型。
图2为常规预锻件模型和改进后的预锻件模型的准β锻有限元模拟结果，其中，a为常规预锻件准β锻模拟结果，b为改进后的预锻件准β锻模拟结果。
图3为实施例1中常规预锻件和改进后的预锻件经准β锻后的组织图，其中，a为常规预锻件，b为改进后的预锻件。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种提高TC18钛合金高筋锻件准β锻变形均匀性的方法，包括以下步骤：
S1、在准β锻之前，通过软件对改进后的预锻件模型进行有限元模拟，优化改进后的预锻件模型的结构尺寸参数并进行准β锻模拟计算，使所述改进后的预锻件模型经过准β锻后得到的终锻件模型的变形量在有效变形量范围20%~40%内；其中，所述改进后的预锻件模型为在常规预锻件的筋条侧壁上竖向设置若干凸台。常规预锻件模型的示意图如图1（a）所示，改进后的预锻件模型的示意图如图1（b）所示。
本实施例中，参见图1（b），在常规钛合金高筋锻件的预锻件模型的筋条两侧均设置有凸台，该凸台的宽度W为20mm，厚度T为5mm，间隔H为40mm，凸台顶部圆角R1为12mm，凸台根部圆角R2为25mm。将改进后钛合金预锻件模型通过DEFORM有限元模拟并进行准β锻模拟计算，从模拟结果读取准β锻后锻件不同部位的等效应变量，等效应变量与变形量可通过-ln（1-e）关系式进行转换。模拟结果参见图2，其中，图2（a）为常规预锻件模型经过准β锻后的模拟结果，图2（b）为本实施例中改进后的预锻件模型经过准β锻后的模拟结果。从图中可以清楚看到，常规预锻件模型经过准β锻后，等效应变量在0.08~0.48（变形量在8%~38%），而本实施例中的改进后的预锻件模型经过准β锻后的等效应变量在0.24~0.48（变形量在21%~38%）。本实施例中锻件高筋区域的变形量均提高至21%以上，在有效变形量范围20%~40%内，满足实际要求。而常规方法获得的等效应变量在0.08~0.48（变形量在8%~38%），不能满足要求。说明本发明提供的方法能够有效提高锻件高筋区域的变形量，使得高筋部位的变形与腹板均匀一致。
S2、按照S1中满足有效变形量的预锻件模型数据进行加工，得到改进后的预锻模具。
S3、将钛合金坯料放入改进后的预锻件模具中进行预锻成型，得到改进后的预锻件，再将改进后的预锻件放入终锻模具进行准β锻，得到TC18钛合金终锻件。常规预锻件和改进后的预锻件经准β锻后的组织图如图3所示。从图3（a）中可知，常规预锻件经准β锻后的平均晶粒大约为400μm，而图3（b）中，改进后的预锻件经准β锻后的平均晶粒大约为160μm。可见，改进后的预锻件经准β锻后晶粒得到了极大的细化，提高了锻件高筋区域的变形量，提高了锻件的整体变形均匀性，从而提高锻件最终性能。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种提高钛合金高筋锻件准β锻变形均匀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在准β锻之前，通过软件对改进后的预锻件模型进行有限元模拟，优化改进后的预锻件模型的结构尺寸参数并进行准β锻模拟计算，使所述改进后的预锻件模型经过准β锻后得到的终锻件模型的变形量在有效变形量范围20%~40%内；其中，所述改进后的预锻件模型为在常规预锻件的筋条侧壁上竖向设置若干凸台，经圆角处理使其呈波浪面结构；
S2、按照S1中满足有效变形量的预锻件模型数据进行加工，得到改进后的预锻模具；
S3、将钛合金坯料放入改进后的预锻件模具中进行预锻成型，得到改进后的预锻件，再将改进后的预锻件放入终锻模具进行准β锻，得到终锻件；
所述预锻件模型的参数包括凸台的宽度、厚度和间隔；其中，宽度W为20~50mm，厚度T为3~10mm，两凸台之间的间隔H为40~100mm；所述凸台的顶部和底部呈圆弧形过渡，其中，凸台顶部圆角R1为10~25mm，凸台根部圆角R2为20~50mm。
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