TC17鈦合金葉片等溫β鍛的鍛造方法與流程

本發明屬于鍛造技術領域，涉及TC17鈦合金葉片等溫β鍛的鍛造方法。

背景技術：

TC17合金是一種富β穩定元素的α-β型兩相鈦合金，其名義成分為Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr，主要用于制造要求高強度的、大截面的航空發動機風扇盤、壓氣機盤、軸、離心葉輪和直升機槳榖、盤片整體件等轉動零部件，淬透厚度達150mm。該合金既可以在β區變形，也可以在α+β區變形，并隨后進行相應的熱處理。通過熱處理可以調整強度、塑性和韌性的匹配。與通用的兩相鈦合金相比有更高的強度、淬透性和抗蠕變能力；與β鈦合金相比有低的密度和高的彈性模量、抗蠕變能力。同時，該合金能采用各種焊接方式進行焊接。

本鍛造方法在一定程度上可以彌補目前TC17整體葉盤鍛造對工藝要求高的問題。TC17整體葉盤鍛造工藝要求高，鍛件在機械加工環節中，對機械加工要求極高。如果機在加工葉片時，由于加工失誤，就造成整個葉盤鍛件報廢，費時費力，經濟費用高。現采用輪盤與葉片分離的鍛造方式，葉片與壓氣機整體葉盤采用相同的等溫β鍛造方法，無論是鍛造成形難度、還是對后續加工都有極大的幫助。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：目前TC17整體葉盤鍛造對工藝要求高的問題。

本發明的技術方案是：TC17鈦合金葉片等溫β鍛的鍛造方法，包括如下步驟：

步驟1：根據需要，切取相應長度的鈦合金棒材料段，棱角倒圓角r，根據料段直徑尺寸大小，選r＝10～25mm；

步驟2：將步驟1料段加熱并保溫，由自由鍛錘進行局部鐓粗和拔長鍛造，最終鍛至T型荒坯，每個方向的變形量達到25％以上；

步驟3：將步驟2的荒坯加熱并保溫，模鍛錘分兩火進行模鍛，并保證每火次的變形量為30～40％，進行冷卻；

步驟4：將等溫鍛K3型模進行加熱：以電爐功率為10％～20％的速率升溫至200℃保溫300min,以電爐功率為20％～30％的速率升溫至400℃保溫180min,然后以電爐功率為40％的速率升溫至600℃保溫240min,再以電爐功率為60％～70％的速率升溫至 750℃保溫300min,最后以電爐功率為90％～100％的速率升溫至相變點下40℃保溫300min；

步驟5：將預鍛件按規定噴涂的要求噴涂后再進行加熱保溫，隨后由等溫鍛設備進行等溫β鍛造，保證葉片榫頭部位的變形量為40％以上，葉片型面部分變形量為50％～75％，最后進行冷卻；

步驟6：葉片鍛件熱處理后，由專用測具和樣板進行檢測，再進行探傷，最后完成鍛造。

本發明有益效果是：

在等溫條件下研究了線性摩擦焊風扇整體葉盤用TC17葉片鍛件等溫β鍛造方法。通過等溫鍛造設備嚴格控制鍛造溫度和葉片整體的變形量分布，可以得到均勻的網籃組織，并且原始β晶界破碎，α相的形貌和尺寸均符合要求；通過等溫鍛造的模具設計，可以保證模具型腔的填充性，同時保證葉片外形尺寸；由于葉片與輪盤的分離式鍛造，使得直接鍛造葉片的總體經濟性要好，而且葉片具有可替換性。

附圖說明

圖1為荒坯的結構示意圖。

圖2為預鍛荒型的結構示意圖。

具體實施方式

1.前期基礎研究

在計算機模擬仿真的基礎上，分別研究坯料不同幾何參數和工藝參數配合下的實際生產試驗結果。不同的幾何參數和工藝參數有：絕對變形量；相對變形量；保溫時間；鍛壓速度，并且在鍛壓過程中可以進行混合使用，冷卻方式。

2.預制坯尺寸、形狀設計

在確定了基本鍛造參數的基礎上，可以通過計算機模擬技術來設計和調整預制坯尺寸和形狀。

3.鈦合金葉片等溫模鍛

根據工廠關于等溫鍛造的模具設計手冊以及葉片鍛造的特點，合理設計等溫鍛模具。

4.鈦合金葉片等溫鍛件的熱處理工藝的制定

對于葉片的等溫鍛造的熱處理方案，鑒于與以前生產方式的比較，此處還是采用標準規定的熱處理工藝規范。

具體鍛造步驟如下所示：

1.下料：

1.1設備：鋸床

1.2標刻：熔煉爐號(或代號)

1.3打磨：磨去毛料表面缺陷及端面毛刺，

檢驗：檢測工具：卷尺或卡尺、R規

檢測內容：檢查坯料表面質量、標刻內容，測量下料實際尺寸

2.坯料機加：車床

2.1倒角：棒料兩端面倒角R8～R10

檢驗：檢測工具：R規

檢測內容：檢查倒角質量

3.制坯：

3.1加熱：電爐應符合GJB904AⅢ及以上的要求

3.1.1加熱技術要求

1)加熱規范：加熱溫度為相變點下40℃，保溫時間105分鐘(保溫系數：0.6～0.8mm/min)。

按附圖1荒形尺寸鍛造

L1、L2——荒型端部長、寬尺寸，尺寸分別控制在為150～170mm、120～130mm范圍內；

L3——荒型總長度為260～275mm；

L4——荒型桿部長度(205～215mm)；

L5——荒型桿部直徑

R1、R2——荒型過渡圓角半徑(分別控制在：R20、R5)。

3.2.1鍛造技術要求：

1)轉移時間30秒

2)終鍛溫度≥750℃

3)允許2火內完成

3.3冷卻：空冷

3.4標刻：熔煉爐號(或代號)、錠節號

3.5吹砂：清除荒形表面污物。

3.6打磨：排除表面缺陷并光滑過渡，打磨寬深比大于6

檢驗：檢測工具：卡尺、卷尺

檢測內容：鍛件荒形尺寸、標刻內容

4.預鍛：

4.1噴涂防護潤滑劑：將干凈坯料置于100～150℃的電爐中預熱10～20分鐘，出爐噴涂潤滑劑。涂層要均勻，涂后標刻原有標記。

潤滑劑：FR35。

4.2加熱設備：電爐4.2.1加熱技術要求：

1)坯料加熱規范：加熱溫度為相變點下40℃，保溫時間90分鐘，第二火次保溫60分鐘(保溫系數：0.6～0.8mm/min)

2)其余同工序3.1.2

4.3鍛造：5T模鍛錘

模具預熱200℃～350℃，預熱時間≥12小時，

模具潤滑：機油+石墨或石墨乳

模鍛時，注意調整荒形的擺放位置

4.3.1鍛造技術要求

4.3.1.2轉移時間≤30秒。

4.3.1.3鍛造時坯料應放正，先輕擊1～3錘，然后重擊。

4.3.1.4鍛造過程中，如發現折疊、裂紋等缺陷，應立即停鍛，排傷。

4.3.2終鍛溫度＞750℃

4.3.3鍛造火次分為兩火鍛造，第一火是荒坯定位同時留有欠壓40～50mm量，第二火鍛造至附圖2形狀及尺寸

注：葉型采用專用數據，其與榫頭一周過渡的R控制位20～30mm,榫頭鍛造至L6(175～180mm)、L7(100～110mm)及L8(50～60mm)

L6、L7、L8——葉片預鍛荒型榫頭部分的長、寬、高方向尺寸；

4.4冷卻：空冷

4.5標刻：熔煉爐號、錠節號

4.6銑毛邊：火次間要求機加去除毛邊，殘留毛邊3～5mm；最終火次殘留毛邊≤2mm。

4.7吹砂：去除鍛件表面污物

4.8打磨：排除表面缺陷

檢驗：檢測工具：卡尺、卷尺

檢測內容：根據預鍛模熱鍛件圖檢查鍛件尺寸、標刻內容

5坯料表面清理：

5.1吹砂：清理干凈坯料表面污漬，以利于缺陷的發現；

5.2打磨：排除鍛坯表面裂紋等缺陷

檢驗：檢查坯料表面質量

6.坯料噴涂

6.1預熱：將坯料放入300±50℃的電爐中預熱保溫5～8min

6.2噴涂：選用FR35對坯料表面進行噴涂或刷涂，涂層應均勻，涂層厚度0.2～0.3mm

6.3標識：恢復錠節號、爐代號

檢驗：檢查坯料表面噴涂潤滑劑質量及標識

7等溫模鍛

7.1模具安裝及加熱：模具加熱時在上、下模之間加放數顯表監測爐溫

1)模具采用專用等溫鍛K3型模。

2)模具加熱設備：電爐

3)以電爐功率為10％～20％的速率升溫至200℃保溫300min,以電爐功率為20％～30％的速率升溫至400℃保溫180min,然后以電爐功率為40％的速率升溫至600℃保溫240min,再以電爐功率為60％～70％的速率升溫至750℃保溫300min,最后以電爐功率為90％～100％的速率升溫至相變點下40℃保溫300min。

7.2坯料加熱

7.2.1加熱技術要求

1)坯料加熱規范：加熱溫度為相變點上30℃，保溫時間60分鐘(保溫系數：0.6～0.8mm/min)

2)加熱過程采用巡檢儀或數顯表檢測爐溫，并根據此溫度調節爐溫(調整范圍±5℃)

3)加熱時坯料底部加墊耐火磚使坯料與爐底分開。

7.3等溫模鍛：10000t油壓機

7.3.1鍛造技術要求

1)轉移過程用高溫棉覆蓋坯料，轉移時間≤30s

2)鍛壓最大壓力設定：2000t；鍛件下壓量約為50mm，前40mm，速度按0.1mm/s控制，后10mm，速度按0.05mm/s控制；

3)一火完成

7.4標刻：錠節號、爐代號

7.5鍛后冷卻：散開空冷(必須采用專用冷卻支架使葉片處于豎立狀態進行冷卻)

7.6機加毛邊：機加去除鍛件毛邊，允許殘余毛邊≤5mm

7.7吹砂、打磨：排除鍛坯表面缺陷

檢驗：檢測工具：鋼板尺、卡鉗

檢測內容：鍛件最終尺寸、加熱溫度、標刻內容

8.熱處理：按熱處理專用工藝及技術協議執行(裝爐時，必須采用專用支架使葉片處于豎立狀態)；

9.理化：理化項目：化學成分、力學性能、高倍組織、低倍組織；

10.拋光：進行拋光；

11檢驗：用專用量具按鍛件交付圖測量尺寸；

12探傷：按技術協議要求進行探傷；

13終檢：按鍛件圖及技術條件驗收；

14入庫。