CN114160728A - 一种航空零部件涡轮扇叶的加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航空零部件涡轮扇叶的加工工艺，涉及航空零件加工技术领域。一种航空零部件涡轮扇叶的加工工艺，其步骤如下步骤一：通过涡轮扇叶的胚料进行钢制胎模的成型，将钢制胎模分割为上下两个部分；步骤二：采用60‑70wt％的镍、5‑15wt％的铬、5‑10wt％钛、10‑20wt％的铝为合金原料进行熔融合金的制造；步骤三：将合金冷却制造合金板，合金板的厚度控制在180‑200mm之间，直径为2000‑2500mm之间；步骤四：对合金板进行升温操作，温度抬升至800‑950℃之间。本发明通过采用退火装置进行热风循环退火，相较于普通的退火操作，采用热风循环退火的退火时间更长，退火时温度变化值更低，能够让涡轮扇叶的各个部位的化学成分基本均匀，从而有效的提高了涡轮扇叶的使用寿命和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及航空零件加工技术领域，具体为一种航空零部件涡轮扇叶的加工工艺。
背景技术
涡轮叶片是航空发动机的关键件，其承受温度的能力是评价发动机性能和决定发动机寿命上的重要因素，为了使涡轮叶片获得高耐温能力，应从两方面进行考虑：铸造工艺和叶片材料。
目前的涡轮扇叶在进行使用的过程中需要承受较高的温度载荷和屈服应力，锻造件的整体成型能够有效的保护涡轮扇叶的强度但是直接成型的涡轮叶片的各个位置的化学成分不够均匀，且耐高温合金的采用普通方式的退火很难达到预想效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空零部件涡轮扇叶的加工工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种航空零部件涡轮扇叶的加工工艺，包括以下步骤：
步骤一：通过涡轮扇叶的胚料进行钢制胎模的成型，将钢制胎模分割为上下两个部分；
步骤二：采用60-70wt％的镍、5-15wt％的铬、5-10wt％钛、10-20wt％的铝为合金原料进行熔融合金的制造；
步骤三：将合金冷却制造为圆形的合金板，合金板的厚度控制在180-200mm之间，直径为2000-2500mm之间；
步骤四：对合金板进行升温操作，温度抬升至800-950℃之间；
步骤五：将高温合金板放置在钢制胎模的下半部分的模腔内部；
步骤六：将钢制胎模的上半部分固定与水压机的机头处，启动水压机对高温的合金板进行水压锻造；
步骤七：锻造完成，待锻件冷却后迅速对其进行加热处理，并放入退火装置中进行热风循环退火；
步骤八：退火完毕后对锻件的边角进行打磨完成涡轮扇叶的制造。
更进一步地，所述步骤一中钢制胎模采用的金属钢合金的含碳量为2-2.3％之间，胎模的外尺寸为高度在300-350mm之间，直径为3000-3500mm之间。
更进一步地，所述步骤五中位于钢制胎模内部的高温合金板温度不低于700℃。
更进一步地，所述步骤六中采用的水压机压力不得低于600吨，水压机下压完毕后需等待高温合金板的温度下降至300℃时才能对其进行转移。
更进一步地，所述步骤七中退火处理的温度为550-650℃，放置在退火装置中进行保存，保存时确保每小时的温度下降范围不高于50℃。
更进一步地，所述步骤七中的退火装置包括退火房，所述退火房正面转动连接有可开合的保温隔火门，退火房侧面固定连接有回温管，回温管的另一端与退火房顶部相连通，退火房底部内壁位于连接回温管的一侧安装有加热棒，回温管的中部安装有送风筒，送风筒的内部安装用风机，退火房底部内壁滑动连接有放置架，退火房侧面安装有与加热棒电性连接的温控器。
更进一步地，所述放置架包括四角开设有运输勾槽的放置板，所述放置板顶部固定连接有放置托盘，放置托盘顶部固定连接有支撑柱，放置板底部两侧分别固定连接有滑块，所述退火房底部设置有与滑块适配的滑槽。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)、该航空零部件涡轮扇叶的加工工艺，通过采用退火装置进行热风循环退火，相较于普通的退火操作，采用热风循环退火的退火时间更长，退火时温度变化值更低，能够让涡轮扇叶的各个部位的化学成分基本均匀，从而有效的提高了涡轮扇叶的使用寿命和安全性。
(2)、该航空零部件涡轮扇叶的加工工艺，采用镍没主要成分的混合钴基高温合金，能够有效的提高涡轮扇叶的承受温度，通过铝和钛的加入能够进一步提高涡轮扇叶的抗热抗疲劳性。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图；
图2为本发明的退火装置正面顶部结构示意图；
图3为本发明的退火装置正面分解结构示意图；
图4为本发明的退火装置的放置架结构示意图。
图中：1、退火房；2、保温隔火门；3、回温管；4、送风筒；5、温控器；6、风机；7、加热棒；8、放置架；801、放置板；802、滑块；803、放置托盘；804、支撑柱；805、运输勾槽。
具体实施方式
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。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件所必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。
应注意的是，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要再对其进行进一步的具体讨论和描述。
如图2-4所示，本发明提供一种技术方案：一种航空零部件涡轮扇叶的加工工艺，使用的退火装置，其在后续实施例中均有使用，其包括退火房1，退火房1正面转动连接有可开合的保温隔火门2，退火房1侧面固定连接有回温管3，回温管3的另一端与退火房1顶部相连通，退火房1底部内壁位于连接回温管3的一侧安装有加热棒7，回温管3的中部安装有送风筒4，送风筒4的内部安装用风机6，退火房1底部内壁滑动连接有放置架8，退火房1侧面安装有与加热棒7电性连接的温控器5，放置架8包括四角开设有运输勾槽805的放置板801，放置板801顶部固定连接有放置托盘803，放置托盘803顶部固定连接有支撑柱804，放置板801底部两侧分别固定连接有滑块802，退火房1底部设置有与滑块802适配的滑槽。
需要注意的是，设备在使用的过程中能够对铸件散发出来的热量进行收集并使用风机6将热风循环到退火房1底部，使用温控器5进行内部温度的实时监测，利用加热棒7的加热确保退火房1内部的温度下降的幅度在一定范围以内，从而缓慢的对铸件进行降温，延长退火时间，提高退火的效果。
实施例一
对直径为2400mm厚度为140mm的12扇叶涡轮扇叶进行制造是其主要分为以下步骤：
步骤一：通过涡轮扇叶的胚料进行钢制胎模的成型，将钢制胎模分割为上下两个部分，制胎模采用的金属钢合金的含碳量为2-2.3％之间，胎模的外尺寸为高度300mm，直径30000mm之间；步骤二：采用60wt％的镍、10wt％的铬、10wt％钛、20wt％的铝为合金原料进行熔融合金的制造；步骤三：将合金冷却制造为圆形的合金板，合金板的厚度控制在160mm，直径为2600mm；步骤四：对合金板进行升温操作，温度抬升至800℃；步骤五：将高温合金板放置在钢制胎模的下半部分的模腔内部，位于钢制胎模内部的高温合金板温度为703℃；步骤六：将钢制胎模的上半部分固定与水压机的机头处，启动水压机对高温的合金板进行水压锻造，采用的水压机压力为600吨，水压机下压完毕后需等待高温合金板的温度下降至300℃时对其进行转移；步骤七：锻造完成，待锻件冷却后迅速对其进行加热处理，并放入退火装置中进行热风循环退火，退火处理的温度为560℃，放置在退火装置中进行保存，保存时确保每小时的温度下降45℃；步骤八：退火完毕后对锻件的边角进行打磨完成涡轮扇叶的制造。
实施例二
对直径为2500mm厚度为150mm的12扇叶涡轮扇叶进行制造是其主要分为以下步骤：
步骤一：通过涡轮扇叶的胚料进行钢制胎模的成型，将钢制胎模分割为上下两个部分，制胎模采用的金属钢合金的含碳量为2-2.3％之间，胎模的外尺寸为高度在310mm，直径为3000mm；步骤二：采用70wt％的镍、15wt％的铬、5wt％钛、10wt％的铝为合金原料进行熔融合金的制造；步骤三：将合金冷却制造为圆形的合金板，合金板的厚度控制在180mm，直径为2100mm；步骤四：对合金板进行升温操作，温度抬升至890℃；步骤五：将高温合金板放置在钢制胎模的下半部分的模腔内部，位于钢制胎模内部的高温合金板温度为710℃；步骤六：将钢制胎模的上半部分固定与水压机的机头处，启动水压机对高温的合金板进行水压锻造，采用的水压机压力为600吨水压机，水压机下压完毕后需等待高温合金板的温度下降至300℃时才能对其进行转移；步骤七：锻造完成，待锻件冷却后迅速对其进行加热处理，并放入退火装置中进行热风循环退火，退火处理的温度为550℃，放置在退火装置中进行保存，保存时确保每小时的温度下降为50℃；步骤八：退火完毕后对锻件的边角进行打磨完成涡轮扇叶的制造。
实施例三
对直径为2600mm厚度为150mm的10扇叶涡轮扇叶进行制造是其主要分为以下步骤：
步骤一：通过涡轮扇叶的胚料进行钢制胎模的成型，将钢制胎模分割为上下两个部分，制胎模采用的金属钢合金的含碳量为2-2.3％之间，胎模的外尺寸为高度在320mm，直径为3100m之间；步骤二：采用65wt％的镍、15wt％的铬、10wt％钛和10wt％的铝为合金原料进行熔融合金的制造；步骤三：将合金冷却制造为圆形的合金板，合金板的厚度控制为180mm左右，直径为2300mm；步骤四：对合金板进行升温操作，温度抬升至850℃；步骤五：将高温合金板放置在钢制胎模的下半部分的模腔内部，位于钢制胎模内部的高温合金板温度不低于700℃；步骤六：将钢制胎模的上半部分固定与水压机的机头处，启动水压机对高温的合金板进行水压锻造，采用的水压机压力为650吨，水压机下压完毕后需等待高温合金板的温度下降至300℃时才能对其进行转移；步骤七：锻造完成，待锻件冷却后迅速对其进行加热处理，并放入退火装置中进行热风循环退火，退火处理的温度为600℃，放置在退火装置中进行保存，保存时确保每小时的温度下降范围为43℃；步骤八：退火完毕后对锻件的边角进行打磨完成涡轮扇叶的制造。
实施例四
对直径为2700mm厚度为140mm的24扇叶涡轮扇叶进行制造是其主要分为以下步骤：
步骤一：通过涡轮扇叶的胚料进行钢制胎模的成型，将钢制胎模分割为上下两个部分，制胎模采用的金属钢合金的含碳量为2-2.3％之间，胎模的外尺寸为高度为300mm之间，直径为3500mm；步骤二：采用70wt％的镍、10wt％的铬、5wt％钛、15wt％的铝为合金原料进行熔融合金的制造；步骤三：将合金冷却制造为圆形的合金板，合金板的厚度控制在180mm左右，直径为2500mm；步骤四：对合金板进行升温操作，温度抬升至950℃；步骤五：将高温合金板放置在钢制胎模的下半部分的模腔内部，位于钢制胎模内部的高温合金板温度在850℃左右；步骤六：将钢制胎模的上半部分固定与水压机的机头处，启动水压机对高温的合金板进行水压锻造，采用的水压机压力为650吨，水压机下压完毕后需等待高温合金板的温度下降至300℃时才能对其进行转移；步骤七：锻造完成，待锻件冷却后迅速对其进行加热处理，并放入退火装置中进行热风循环退火，退火处理的温度为650℃，放置在退火装置中进行保存，保存时确保每小时的温度下降值为50℃；步骤八：退火完毕后对锻件的边角进行打磨完成涡轮扇叶的制造。
对比例：
对直径为2700mm厚度为140mm的24扇叶涡轮扇叶进行制造是其主要分为以下步骤：
步骤一：通过涡轮扇叶的胚料进行钢制胎模的成型，将钢制胎模分割为上下两个部分，制胎模采用的金属钢合金的含碳量为2-2.3％之间，胎模的外尺寸为高度为300mm之间，直径为3500mm；步骤二：采用70wt％的镍、10wt％的铬、5wt％钛、15wt％的铝为合金原料进行熔融合金的制造；步骤三：将合金冷却制造为圆形的合金板，合金板的厚度控制在180mm左右，直径为2500mm；步骤四：对合金板进行升温操作，温度抬升至950℃；步骤五：将高温合金板放置在钢制胎模的下半部分的模腔内部，位于钢制胎模内部的高温合金板温度在850℃左右；步骤六：将钢制胎模的上半部分固定与水压机的机头处，启动水压机对高温的合金板进行水压锻造，采用的水压机压力为650吨，水压机下压完毕后需等待高温合金板的温度下降至300℃时才能对其进行转移；步骤七：锻造完成，待锻件冷却后迅速对其进行加热处理，采用常规方式退火；步骤八：退火完毕后对锻件的边角进行打磨完成涡轮扇叶的制造。
对实施例一至实施例四以及对比例的涡轮扇叶进行极限温度和屈服载荷测试得到表1。
表1
| 项目 | 极限温度/℃ | 屈服载荷/Mpa |
| 实施例一 | 2395 | 307.5 |
| 实施例二 | 2390 | 315.4 |
| 实施例三 | 2425 | 311.3 |
| 实施例四 | 2431 | 331.4 |
| 对比例 | 2433 | 207.2 |
由此可见，通过热风循环方式的退火方法能够提高涡轮扇叶的屈服载荷，从而使得涡轮扇叶使用时拥有更高的强度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种航空零部件涡轮扇叶的加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：通过涡轮扇叶的胚料进行钢制胎模的成型，将钢制胎模分割为上下两个部分；
步骤二：采用60-70wt％的镍、5-15wt％的铬、5-10wt％钛、10-20wt％的铝为合金原料进行熔融合金的制造；
步骤三：将合金冷却制造为圆形的合金板，合金板的厚度控制在180-200mm之间，直径为2000-2500mm之间；
步骤四：对合金板进行升温操作，温度抬升至800-950℃之间；
步骤五：将高温合金板放置在钢制胎模的下半部分的模腔内部；
步骤六：将钢制胎模的上半部分固定与水压机的机头处，启动水压机对高温的合金板进行水压锻造；
步骤七：锻造完成，待锻件冷却后迅速对其进行加热处理，并放入退火装置中进行热风循环退火；
步骤八：退火完毕后对锻件的边角进行打磨完成涡轮扇叶的制造。
2.根据权利要求1所述的一种航空零部件涡轮扇叶的加工工艺，其特征在于：所述步骤一中钢制胎模采用的金属钢合金的含碳量为2-2.3％之间，胎模的外尺寸为高度在300-350mm之间，直径为3000-3500mm之间。
3.根据权利要求1所述的一种航空零部件涡轮扇叶的加工工艺，其特征在于：所述步骤五中位于钢制胎模内部的高温合金板温度不低于700℃。
4.根据权利要求1所述的一种航空零部件涡轮扇叶的加工工艺，其特征在于：所述步骤六中采用的水压机压力不得低于600吨，水压机下压完毕后需等待高温合金板的温度下降至300℃时才能对其进行转移。
5.根据权利要求1所述的一种航空零部件涡轮扇叶的加工工艺，其特征在于：所述步骤七中退火处理的温度为550-650℃，放置在退火装置中进行保存，保存时确保每小时的温度下降范围不高于50℃。
6.根据权利要求1所述的一种航空零部件涡轮扇叶的加工工艺，其特征在于：所述步骤七中的退火装置包括退火房(1)，所述退火房(1)正面转动连接有可开合的保温隔火门(2)，退火房(1)侧面固定连接有回温管(3)，回温管(3)的另一端与退火房(1)顶部相连通，退火房(1)底部内壁位于连接回温管(3)的一侧安装有加热棒(7)，回温管(3)的中部安装有送风筒(4)，送风筒(4)的内部安装用风机(6)，退火房(1)底部内壁滑动连接有放置架(8)，退火房(1)侧面安装有与加热棒(7)电性连接的温控器(5)。
7.根据权利要求6所述的一种航空零部件涡轮扇叶的加工工艺，其特征在于：所述放置架(8)包括四角开设有运输勾槽(805)的放置板(801)，所述放置板(801)顶部固定连接有放置托盘(803)，放置托盘(803)顶部固定连接有支撑柱(804)，放置板(801)底部两侧分别固定连接有滑块(802)，所述退火房(1)底部设置有与滑块(802)适配的滑槽。
8.一种涡轮扇叶，其特征在于：使用权利要求1-7任一所述的一种航空零部件涡轮扇叶的加工工艺制造而成。
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