CN114101555A - 一种高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺 - Google Patents

一种高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺，具体涉及钛合金锻件加工技术领域。本发明中在棒料外壁喷涂润滑剂，将纳米碳化硅和水性微纳米石墨浆体包覆在棒料外壁，纳米碳化硅在棒料表面形成致密光滑的镀层；将补充剂喷涂到模具中，可将纳米氧化镁和丙烯酸酯包覆在锻件外壁，纳米氧化镁在锻件表面形成高致密的细晶陶瓷氧化镁薄膜，可有效进一步加强锻件表面光滑程度，避免锻件表面凹陷，提高锻件抗疲劳性能，进而延长锻件的使用寿命，同时可提高锻件的吸波性能和隔音、绝热、耐火性能，另外丙烯酸酯与水性微纳米石墨浆体进行复合，在锻件表面形成多层致密涂膜，进而加强锻件的疏水和耐沾污性能。

Description

一种高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺
技术领域
本发明涉及钛合金锻件加工技术领域，更具体地说，本发明涉及一种高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺。
背景技术
钛合金是指多种用钛与其他金属制成的合金金属。钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高。模锻是指在模锻锤或压力机上用锻模将金属坯料锻压加工成形的工艺。模锻工艺生产效率高，劳动强度低，尺寸精确，加工余量小，并可锻制形状复杂的锻件；精密模锻是在模锻基础上发展而来，能够锻造一些复杂形状，尺寸精度高的零件。
现有的高强韧钛合金锻件，表面粗糙且存在大量细微凹陷，使得钛合金锻件疲劳性能降低，缩短使用寿命。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺。
一种高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺，具体加工步骤如下：
步骤一：对棒料进行加热：先对棒料外壁喷涂润滑剂，然后将棒料放入加热炉中加热；
步骤二：制坯：将步骤一中加热后的棒料进行模锻镦粗锻造，制成饼状坯料；
步骤三：对饼状坯料进行预热处理，在模具中喷涂补充剂，然后将预热后的饼状坯料加入到模具中，进行模锻加工成型；
步骤四：对模锻加工成型后的锻件进行热处理，得到高强韧钛合金精密锻件。
进一步的，在步骤一中，棒料加热温度为950～960℃，保温时间6.5～7.5小时；在步骤二中，采用高能螺旋压力机进行镦粗制坯，打击力0.6～0.9万吨；在步骤三中，预热处理，加热温度为950～960℃，保温时间3～4小时；在步骤四中，热处理时加热至790～850℃，保温2～3小时，所述润滑剂与所述棒料的重量比为：1∶20～30，所述补充剂与所述棒料的重量比为：1∶20～30。
进一步的，在步骤一中的所述润滑剂按照重量百分比计算包括：9.40～9.80％的纳米碳化硅、9.80～10.60％的水性微纳米石墨浆体、其余为去离子水；在步骤三中的所述补充剂按照重量百分比计算包括：8.40～9.20％的纳米氧化镁、8.80～9.60％的丙烯酸酯，其余为去离子水；
所述润滑剂的制备工艺，具体制备步骤如下：
S1：称取上述重量份的纳米碳化硅、水性微纳米石墨浆体、去离子水；
S2：将步骤S1中的纳米碳化硅、水性微纳米石墨浆体、去离子水混合进行水浴超声处理20～30min，得到润滑剂；
所述补充剂的制备工艺，具体制备步骤如下：
步骤(1)：称取上述重量份的纳米氧化镁、丙烯酸酯、去离子水；
步骤(2)：将步骤(1)中的纳米氧化镁、丙烯酸酯、去离子水混合进行水浴超声处理20～30min，得到补充剂。
进一步的，所述润滑剂按照重量百分比计算包括：9.40％的纳米碳化硅、9.80％的水性微纳米石墨浆体、80.80％的去离子水；所述补充剂按照重量百分比计算包括：8.40％的纳米氧化镁、8.80％的丙烯酸酯、82.80％的去离子水。
进一步的，所述润滑剂按照重量百分比计算包括：9.80％的纳米碳化硅、10.60％的水性微纳米石墨浆体、79.60％的去离子水；所述补充剂按照重量百分比计算包括：9.20％的纳米氧化镁、9.60％的丙烯酸酯、81.20％的去离子水。
进一步的，所述润滑剂按照重量百分比计算包括：9.60％的纳米碳化硅、10.20％的水性微纳米石墨浆体、80.20％的去离子水；所述补充剂按照重量百分比计算包括：8.80％的纳米氧化镁、9.20％的丙烯酸酯、82.00％的去离子水。
进一步的，在步骤S2中，水浴温度为70～80℃，超声的频率为23～25KHz，超声功率为900～1000W；在步骤(2)中，水浴温度为60～70℃，超声的频率为25～27KHz，超声功率为1000～1200W。
进一步的，在步骤S2中，水浴温度为70℃，超声的频率为23KHz，超声功率为900W；在步骤(2)中，水浴温度为60℃，超声的频率为25KHz，超声功率为1000W。
进一步的，在步骤S2中，水浴温度为80℃，超声的频率为25KHz，超声功率为1000W；在步骤(2)中，水浴温度为70℃，超声的频率为27KHz，超声功率为1200W。
进一步的，在步骤S2中，水浴温度为75℃，超声的频率为24KHz，超声功率为950W；在步骤(2)中，水浴温度为65℃，超声的频率为26KHz，超声功率为1100W。
本发明的技术效果和优点：
1、采用本发明的高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺制备的钛合金精密锻件，在步骤一中，在棒料外壁喷涂润滑剂，将纳米碳化硅和水性微纳米石墨浆体包覆在棒料外壁，纳米碳化硅在棒料表面形成致密光滑的镀层，镀层均匀，平滑，细致；在步骤三中，将补充剂喷涂到模具中，然后进行模锻加工成型，将纳米氧化镁和丙烯酸酯包覆在锻件外壁，纳米氧化镁在锻件表面形成高致密的细晶陶瓷氧化镁薄膜，可有效进一步加强锻件表面光滑程度，避免锻件表面凹陷，提高锻件抗疲劳性能，进而延长锻件的使用寿命，同时可提高锻件的吸波性能和隔音、绝热、耐火性能，另外丙烯酸酯与水性微纳米石墨浆体进行复合，在锻件表面形成多层致密涂膜，进而加强锻件的疏水和耐沾污性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
实施例1：
本发明提供了一种高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺，具体加工步骤如下：
步骤一：对棒料进行加热：先对棒料外壁喷涂润滑剂，然后将棒料放入加热炉中加热；
步骤二：制坯：将步骤一中加热后的棒料进行模锻镦粗锻造，制成饼状坯料；
步骤三：对饼状坯料进行预热处理，在模具中喷涂补充剂，然后将预热后的饼状坯料加入到模具中，进行模锻加工成型；
步骤四：对模锻加工成型后的锻件进行热处理，得到高强韧钛合金精密锻件。
在步骤一中，棒料加热温度为950～960℃，保温时间6.5～7.5小时；在步骤二中，采用高能螺旋压力机进行镦粗制坯，打击力0.6～0.9万吨；在步骤三中，预热处理，加热温度为950～960℃，保温时间3～4小时；在步骤四中，热处理时加热至790～850℃，保温2～3小时，所述润滑剂与所述棒料的重量比为：1∶20～30，所述补充剂与所述棒料的重量比为：1∶20～30。
在步骤一中的所述润滑剂按照重量百分比计算包括：9.40％的纳米碳化硅、9.80％的水性微纳米石墨浆体、80.80％的去离子水；所述补充剂按照重量百分比计算包括：8.40％的纳米氧化镁、8.80％的丙烯酸酯、82.80％的去离子水；
所述润滑剂的制备工艺，具体制备步骤如下：
S1：称取上述重量份的纳米碳化硅、水性微纳米石墨浆体、去离子水；
S2：将步骤S1中的纳米碳化硅、水性微纳米石墨浆体、去离子水混合进行水浴超声处理20～30min，得到润滑剂；
所述补充剂的制备工艺，具体制备步骤如下：
步骤(1)：称取上述重量份的纳米氧化镁、丙烯酸酯、去离子水；
步骤(2)：将步骤(1)中的纳米氧化镁、丙烯酸酯、去离子水混合进行水浴超声处理20～30min，得到补充剂。
在步骤S2中，水浴温度为75℃，超声的频率为24KHz，超声功率为950W；在步骤(2)中，水浴温度为65℃，超声的频率为26KHz，超声功率为1100W。
实施例2：
与实施例1不同的是，所述润滑剂按照重量百分比计算包括：9.80％的纳米碳化硅、10.60％的水性微纳米石墨浆体、79.60％的去离子水；所述补充剂按照重量百分比计算包括：9.20％的纳米氧化镁、9.60％的丙烯酸酯、81.20％的去离子水。
实施例3：
与实施例1-2均不同的是，所述润滑剂按照重量百分比计算包括：9.60％的纳米碳化硅、10.20％的水性微纳米石墨浆体、80.20％的去离子水；所述补充剂按照重量百分比计算包括：8.80％的纳米氧化镁、9.20％的丙烯酸酯、82.00％的去离子水。
分别取上述实施例1-3中的高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺与对照组一的高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺、对照组二的高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺、对照组三的高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺和对照组四的高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺，对照组一的高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺与实施例三相比改性剂中没有纳米碳化硅；对照组二的高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺与实施例三相比改性剂中没有水性微纳米石墨浆体；对照组三的高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺与实施例三相比改性剂中没有纳米氧化镁；对照组四的高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺与实施例三相比改性剂中没有丙烯酸酯；分七组分别测试三个实施例中制备的钛合金精密锻件以及四个对照组的高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺制备的钛合金精密锻件，每10个钛合金精密锻件实验数据为一组，进行测试，测试结果如表一所示：
表一：
将采用不同高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺的钛合金精密锻件进行测试
对照组一 表面轻微粗糙、存在少量细微凹陷、疲劳性能佳，使用寿命一般
对照组二 表面光滑、存在少量细微凹陷、疲劳性能佳，使用寿命长
对照组三 表面轻微粗糙、存在少量细微凹陷、疲劳性能佳，使用寿命一般
对照组四 表面光滑、存在少量细微凹陷、疲劳性能佳，使用寿命长
实施例一 表面光滑、存在微量细微凹陷、疲劳性能佳，使用寿命长
实施例二 表面光滑、存在微量细微凹陷、疲劳性能佳，使用寿命长
实施例三 表面光滑、无凹陷、疲劳性能佳，使用寿命长
由表一可知，实施例3为本发明的较佳实施方式；在步骤一中，在棒料外壁喷涂润滑剂，将纳米碳化硅和水性微纳米石墨浆体包覆在棒料外壁，纳米碳化硅在棒料表面形成致密光滑的镀层，镀层均匀，平滑，细致；在步骤二中，制成饼状坯料；在步骤三中，对坯料进行预热，将补充剂喷涂到模具中，然后进行模锻加工成型，将纳米氧化镁和丙烯酸酯包覆在锻件外壁，纳米氧化镁在锻件表面形成高致密的细晶陶瓷氧化镁薄膜，可有效进一步加强锻件表面光滑程度，避免锻件表面凹陷，提高锻件抗疲劳性能，进而延长锻件的使用寿命，同时可提高锻件的吸波性能和隔音、绝热、耐火性能，另外丙烯酸酯与水性微纳米石墨浆体进行复合，在锻件表面形成多层致密涂膜，进而加强锻件的疏水和耐沾污性能；在步骤四中，对锻件进行热处理。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺，其特征在于：具体加工步骤如下：
步骤一：对棒料进行加热：先对棒料外壁喷涂润滑剂，然后将棒料放入加热炉中加热；
步骤二：制坯：将步骤一中加热后的棒料进行模锻镦粗锻造，制成饼状坯料；
步骤三：对饼状坯料进行预热处理，在模具中喷涂补充剂，然后将预热后的饼状坯料加入到模具中，进行模锻加工成型；
步骤四：对模锻加工成型后的锻件进行热处理，得到高强韧钛合金精密锻件。
2.根据权利要求1所述的一种高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺，其特征在于：在步骤一中，棒料加热温度为950～960℃，保温时间6.5～7.5小时；在步骤二中，采用高能螺旋压力机进行镦粗制坯，打击力0.6～0.9万吨；在步骤三中，预热处理，加热温度为950～960℃，保温时间3～4小时；在步骤四中，热处理时加热至790～850℃，保温2～3小时，所述润滑剂与所述棒料的重量比为：1∶20～30，所述补充剂与所述棒料的重量比为：1∶20～30。
3.根据权利要求1所述的一种高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺，其特征在于：在步骤一中的所述润滑剂按照重量百分比计算包括：9.40～9.80％的纳米碳化硅、9.80～10.60％的水性微纳米石墨浆体、其余为去离子水；在步骤三中的所述补充剂按照重量百分比计算包括：8.40～9.20％的纳米氧化镁、8.80～9.60％的丙烯酸酯，其余为去离子水；
所述润滑剂的制备工艺，具体制备步骤如下：
S1：称取上述重量份的纳米碳化硅、水性微纳米石墨浆体、去离子水；
S2：将步骤S1中的纳米碳化硅、水性微纳米石墨浆体、去离子水混合进行水浴超声处理20～30min，得到润滑剂；
所述补充剂的制备工艺，具体制备步骤如下：
步骤(1)：称取上述重量份的纳米氧化镁、丙烯酸酯、去离子水；
步骤(2)：将步骤(1)中的纳米氧化镁、丙烯酸酯、去离子水混合进行水浴超声处理20～30min，得到补充剂。
4.根据权利要求3所述的一种高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺，其特征在于：所述润滑剂按照重量百分比计算包括：9.40％的纳米碳化硅、9.80％的水性微纳米石墨浆体、80.80％的去离子水；所述补充剂按照重量百分比计算包括：8.40％的纳米氧化镁、8.80％的丙烯酸酯、82.80％的去离子水。
5.根据权利要求3所述的一种高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺，其特征在于：所述润滑剂按照重量百分比计算包括：9.80％的纳米碳化硅、10.60％的水性微纳米石墨浆体、79.60％的去离子水；所述补充剂按照重量百分比计算包括：9.20％的纳米氧化镁、9.60％的丙烯酸酯、81.20％的去离子水。
6.根据权利要求3所述的一种高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺，其特征在于：所述润滑剂按照重量百分比计算包括：9.60％的纳米碳化硅、10.20％的水性微纳米石墨浆体、80.20％的去离子水；所述补充剂按照重量百分比计算包括：8.80％的纳米氧化镁、9.20％的丙烯酸酯、82.00％的去离子水。
7.根据权利要求3所述的一种高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺，其特征在于：在步骤S2中，水浴温度为70～80℃，超声的频率为23～25KHz，超声功率为900～1000W；在步骤(2)中，水浴温度为60～70℃，超声的频率为25～27KHz，超声功率为1000～1200W。
8.根据权利要求7所述的一种高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺，其特征在于：在步骤S2中，水浴温度为70℃，超声的频率为23KHz，超声功率为900W；在步骤(2)中，水浴温度为60℃，超声的频率为25KHz，超声功率为1000W。
9.根据权利要求7所述的一种高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺，其特征在于：在步骤S2中，水浴温度为80℃，超声的频率为25KHz，超声功率为1000W；在步骤(2)中，水浴温度为70℃，超声的频率为27KHz，超声功率为1200W。
10.根据权利要求7所述的一种高强韧钛合金精密锻件模锻表面加工工艺，其特征在于：在步骤S2中，水浴温度为75℃，超声的频率为24KHz，超声功率为950W；在步骤(2)中，水浴温度为65℃，超声的频率为26KHz，超声功率为1100W。
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