β相鈦合金多臺階大型異形環件的成形方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種多臺階大型異形環件的成形方法，特別是涉及了 β相鈦合金多臺階大型異形環件的成形方法。
【背景技術】
[0002]異形環鍛件按照零件外形輪廓設計，能有效提高材料利用率、獲得比較理想的性能及與零件外形輪廓相匹配的流線。但是實際中零件的形狀往往千奇百怪，很難做到完全按照零件外形輪廓設計，只能設計成與零件截面相近而又比較簡單的異形環鍛件，這種方法與矩形環鍛件相比，其材料利用率雖然有所提高，但是提升量有限。目前，乳制成形的異形環件大多為簡單的異形環件，例如，僅有一個、兩個或三個臺階的異形環。而對于含有多個臺階(三個以上)的大型異形環件，其截面變化復雜，對于坯料及模具的設計要求非常高，國內外很少有廠家能夠直接乳制成形。
[0003]2013年01月16日公開的中國發明專利說明書CN 102873511Α公開了一種擁有三個臺階的復雜截面環件徑向乳制成形方法，該方法先將圓柱形棒材鋸切成適當尺寸的料段，將料段從室溫均勻加熱到奧氏體溫度并保溫后，經滾圓、鐓粗并模鍛成兩端有凹孔的預鍛件，最后在預鍛件中間沖孔、沖連皮得到乳制用環件毛坯，在將毛坯回爐加熱，當溫度達到目標溫度并保溫后取出，放入徑向乳環機封閉式孔型內乳制成形，經過多轉乳制變形成為規定形狀尺寸的擁有三個臺階的復雜截面環形鍛件，在經正火、回火熱處理以保障力學性能，最后將鍛件切削加工成成品環件。該方法成形的三臺階環件，乳制的過程中，與模具的接觸都是平面接觸，因此成形較為簡單。而對于復雜的多臺階異形環件，采用該方法成形時，由于坯料或模具設計不合理，或者乳制過程中坯料和模具的匹配不合理，都會嚴重影響成形效果。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種β相鈦合金多臺階大型異形環件的成形方法，該方法通過對制圖軟件輔助制備中間環坯，以及對乳制過程與脹形過程進行控制，實現β相鈦合金多臺階大型異形環件的成形。
[0005]為解決上述技術問題，本發明所述β相鈦合金多臺階大型異形環件的成形方法，其技術方案包括以下步驟:
[0006]根據β相鈦合金多臺階大型異形環件的結構特點，借助制圖軟件從高度方向上等距逐層切割鍛件截面，獲取多臺階大型異形環件截面面積數據并制成曲線，得到多臺階大型異形環件截面面積與高度的變化關系；再根據多臺階大型異形環件截面面積與高度的變化趨勢，以及等體積原則，通過在制圖軟件上進行描點，繪制中間環坯的截面面積與高度的變化關系曲線，從而可以獲得中間環坯外形及尺寸；
[0007]取一定規格的β相鈦合金棒材，加熱至鍛造溫度后，再經過鐓粗、沖孔、預乳成矩形環坯；按照中間環坯的外形及尺寸，經過胎膜成形獲得中間環坯；
[0008]將中間環坯套入環乳機的芯輥中，將中間環坯所在的工作臺面抬高5mm?10mm，直到中間環坯被完全咬入后放開，使中間環坯處于傾斜狀態；驅動主輥靠近中間環坯，使主輥先與中間環坯的下端接觸；啟動環乳機，進行乳制，金屬材料開始填充模具型腔，并且由下而上逐步完成了各臺階的成形，此過程中，中間環坯從傾斜狀態恢復到正常狀態，得到異形環乳件；
[0009]將異形環乳件裝入脹形機，脹形的目標尺寸以多臺階大型異形環件的下端內徑為基準，對異形環乳件進行脹形，達到目標尺寸后，保持20s?30s，得到多臺階大型異形環件。
[0010]所述主輥的型面按照多臺階大型異形環件外徑型面進行制作，主輥的高度H1= Η?X (1+Φ) + Ρ i，式中，H#s為多臺階大型異形環件高度，Φ為材料的熱收縮率，p:為主輥的高度補償量；P:均勻分布在主輥的上下兩端。
[0011]所述芯輥的型面按照多臺階大型異形環件內徑型面進行制作，芯輥的高度H2= Η?X (1+Φ) + Ρ2，式中，H#s為多臺階大型異形環件高度，Φ為材料的熱收縮率，。2為芯輥的高度補償量；P 2均勻分布在芯輥的上下兩端。
[0012]所述異形環乳件的外徑R' =R_e，式中，R為多臺階大型異形環件的外徑，ε為后續脹形變形量；所述異形環乳件的內徑r' =r-e，式中，r為多臺階大型異形環件的外徑，ε為后續脹形變形量。
[0013]所述脹形的目標尺寸r2=riX (1+Φ)+δ，式中，巧為多臺階大型異形環件的下端內徑，Φ為材料的熱收縮率，S為回彈補償量。
[0014]所述β相鈦合金為ΤΒ2合金，其熱收縮率Φ為0.6%。
[0015]與現有技術相比，本發明的有益效果如下:
[0016]本發明所述β相鈦合金多臺階大型異形環件的成形方法，通過采用制圖軟件輔助設計中間環坯，使中間環坯的截面面積與多臺階大型異形環件的截面面積基本保持一致，克服了該多臺階大型異形環件截面突變區域較多，難以成形的難點。
[0017]乳制過程中，將中間環坯所在的工作臺面抬高5mm?10mm，使主輥先與中間坯的下端接觸，保證多臺階大型異形環件的各臺階由下而上順利填充，不會出現偏筋、串筋等現象。主輥和芯輥分別添加了 Ρρ 02的補償量，防止異形環件乳制時出現爬輥現象，導致偏筋或串筋。乳制得到的異形環乳件的內外徑尺寸與多臺階大型異形環件相比均小ε，為后續脹形留有了余量。
[0018]脹形過程中，留有了 δ大小的回彈補償量，保證了最終成形的β相鈦合金多臺階大型異形環件的尺寸。
[0019]以牌號為ΤΒ2的β相鈦合金多臺階大型異形環件為例:
[0020]經檢測該合金多臺階大型異形環件偏筋或串筋等缺陷，外形尺寸完整。
[0021]經檢測該合金多臺階大型異形環件的室溫拉伸性能，其抗拉強度為1411Mpa?1451Mpa (大于使用要求的1345Mpa)，其抗拉強度為1056MPa (大于設計使用要求的1023.3MPa)，斷后伸長率為10% (大于設計使用要求的9% )。
[0022]經檢測該合金多臺階大型異形環件的高溫拉伸持久試驗的檢測結果也均符合技術條件要求。
[0023]上述檢測結果表明，采用成形方法成形的TB2多臺階大型異形環件各項性能指標均符合要求。
【附圖說明】
[0024]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0025]圖1是多臺階大型異形環件結構示意圖。
[0026]圖2是多臺階大型異形環件與中間環坯的截面面積一高度的變化關系曲線。
[0027]圖3是第一次胎膜鍛造示意圖。
[0028]圖4是第二次胎膜鍛造示意圖。
[0029]圖5是乳制形成過程示意圖。
[0030]圖6是異形環乳件結構示意圖。
【具體實施方式】
[0031]實施本發明所述的β相鈦合金多臺階大型異形環件的成形方法需要提供鍛造加熱爐、壓力機、乳環機、脹形機、機械手等設備。下