專利名稱：近等溫鍛造成形的大型整體盤軸鍛件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鍛件，特別是近等溫鍛造成形的大型整體盤軸鍛件。
背景技術：
航空發動機的壓氣機盤及與其組裝的前軸頸等大型鍛件由于工作環境惡劣，受力 復雜，要求鍛件要具有優異的綜合性能。當前國內研制生產的某些航空發動機，其壓氣機 盤與前軸頸是采用分體鍛造后再組裝在一起的，如某航空發動機的三級壓氣機盤采用TC17 鈦合金鍛件，前軸頸采用TC4鈦合金鍛件，再把壓氣機盤與前軸頸用螺栓組裝在一起。采用 這種分體式的盤軸組裝件，不僅增加了加工周期和成本，降低了生產率，不易維護保養，而 且因采用螺栓聯接增加了發動機的重量，不利于實現發動機結構減重和提高推重比、不利 于提高發動機結構的可靠性和壽命。因此，人們試圖采取整體成形的方法把上述盤軸組裝 件鍛造成一體，但終因成形困難和組織、性能達不到要求而告終。近等溫鍛技術的出現使所 述盤軸組裝件鍛造成一體成為了可能，在采用近等溫鍛整體成形時，鍛件的結構設計與制 造成了能否實現快速成形和獲得優異組織、性能的整體盤軸件的關鍵。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種具有定位孔的近等溫鍛造成形的整體盤軸 鍛件，該鍛件在近等溫鍛造時易于實現快速成形，鍛件尺寸精度高、組織和性能優異。
為解決上述技術問題，本發明近等溫鍛造成形的大型整體盤軸鍛件，包括盤形體 和軸頸體，在所述盤形體和軸頸體之間相接的部位設置有過渡區，在所述盤形體的頂盤面 中心具有與用于鍛造該鍛件的鍛模的上定位塊配合的上定位盲孔，在所述軸頸體的底面中
心具有與所述鍛模的下定位塊配合的下定位盲孔。
所述鍛件的尺寸比例是 、 t2 : t3 : 、 h3 = i : 2 : 5 : 3.5 : 2.5 其中，^是所述盤形體的厚度，t2是所述過渡區的厚度，t3是所述軸頸體的厚度，
^是所述上定位盲孔的高度，h3是所述下定位盲孔的高度； 禾口 d4 : d2 : d6 : d5 : d3 : 4 = i : i. 5 : 2 : 3.5 : i. 6 : 5 其中，d4是所述下定位盲孔的直徑，d2是所述軸頸體的下錐面直徑，d6是所述過渡
區的下錐面直徑也是所述軸頸體的上錐面直徑，(15是所述過渡區的上錐面直徑，(13是所述
上定位盲孔的直徑，4是所述盤形體的直徑。與現有技術相比，本發明的有益效果如下 本發明所述的近等溫鍛造成形的大型整體盤軸鍛件，通過在所述鍛件盤形體和軸
頸體之間相接的部位設置過渡區，使原來難成形為一體的盤形體和軸頸體在整體成型時變
得較為容易；在所述盤形體的頂盤面中心設置與鍛模的上定位塊配合的上定位盲孔，在所
述軸頸體的底面中心設置與鍛模的下定位塊配合的下定位盲孔，所述鍛件被完全封閉和同 軸線定位在所述鍛模內，實現了鍛件快速成形，獲得了尺寸精度高和組織、性能優異的大型整體盤軸鍛件。
特別是當所述鍛件的尺寸比例: t2 : t3 : ^ : h3 = i : 2 : 5 : 3.5 : 2.5 和d4 : d2 : d6 : d5 : d3 := i : 1.5 : 2 : 3.5 : 1.6 : 5時，為最佳優先設計結 構，更易于實現快速成形和獲得較高的尺寸精度和優異的組織、性能。
以TC17鈦合金近等溫鍛造成形的大型整體盤軸鍛件為例，鍛件經熱處理后其各 部位獲得了較理想的網藍組織和高性能。
經檢測該合金材料整體盤軸鍛件各部位的室溫拉伸性能，具體如下
對于該鍛件的盤形體部位抗拉強度為1180MPa 1190MPa(大于設計使用要求的 1120MPa)，其伸長率為0. 2%時的屈服強度為1150MPa(大于設計使用要求的1030MPa)，斷 后伸長率為10% 14% (大于設計使用要求的5%)，斷面收縮率為23% 29% (大于設 計使用要求的10% )，斷裂韌性為66Mpa. ml/2 (大于設計使用要求的54. 9Mpa. ml/2)。
對于該鍛件的過渡區部位抗拉強度為1130MPa 1150MPa(大于設計使用要求的 1120MPa)，其伸長率為0. 2%時的屈服強度為lllOMPa(大于設計使用要求的1030MPa)，斷 后伸長率為13% 15% (大于設計使用要求的5%)，斷面收縮率為33% (大于設計使用 要求的10% )，斷裂韌性為76Mpa. ml/2 (大于設計使用要求的54. 9Mpa. ml/2)。
對于該鍛件軸頸體部位抗拉強度為1160MPa 1180MPa(大于設計使用要求 的1120MPa)，其伸長率為0. 2%時的屈服強度為1130MPa 1150MPa(大于設計使用要求 的1030MPa)，斷后伸長率為7. 0% 9. 5% (大于設計使用要求的5% )，斷面收縮率為 12% 16% (大于設計使用要求的10% )，斷裂韌性為68Mpa.ml/2(大于設計使用要求的 54. 9Mpa. ml/2)。
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。
圖1是近等溫鍛造成形的大型整體盤軸鍛件沿其中心線的縱剖面結構圖。
圖2是近等溫鍛時鍛模定位鍛件的狀態圖。 圖3是圖1所示的鍛件采用TC17鈦合金時沿中心線縱向剖開后其盤形體部位的 金相組織圖。 圖4是圖1所示的鍛件采用TC17鈦合金時沿中心線縱向剖開后其過渡區部位的 金相組織圖。 圖5是圖1所示的鍛件采用TC17鈦合金時沿中心線縱向剖開后其軸頸體部位的 金相組織圖。
具體實施例方式
圖1示出了近等溫鍛造成形的大型整體盤軸鍛件沿其中心線的縱剖面結構，該整 體盤軸鍛件的上部為盤形體l，其下部為軸頸體3，在盤形體1和軸頸體3之間相接的部位 為過渡區2。在所述盤形體1的頂盤面中心具有圓形狀的上定位盲孔2b，該盲孔的直徑為 (13，傾角為d，高度為^ ;在所述軸頸體3的底面中心具有圓形狀的下定位盲孔3a，該盲孔的 半徑為d4，傾角為13 ，高度為h3 ;其中盤形體1的直徑為4、厚度為^ ;過渡區2為一錐形體
結構，其上錐面直徑為(15、下錐面直徑為de、其厚度為t2 ;軸頸體3為一錐形體結構，其上錐面直徑為de、下錐面直徑為(12、其厚度為t3。 圖2示出了采用鍛模近等溫鍛造大型整體盤軸鍛件時的狀態，鍛造結束時，上鍛 模10的上定位塊10b與所述大型整體盤軸鍛件的上定位盲孔2b完全配合，下鍛模20的下 定位塊20a與所述大型整體盤軸鍛件的下定位盲孔3a完全配合，所述鍛件被完全封閉和同 軸線定位在所述鍛模內，實現了快速成形。 當上述整體盤軸鍛件的尺寸、t2 : t3 : ^ : h3 = i : 2 : 5 : 3.5 : 2.5 并且(14 : d2 : d6 : d5 : d3 : = i : 1.5 : 2 : 3.5 : 1.6 : 5時，該鍛件更易于實現 快速成形和獲得優異的組織和性能，以近等溫鍛造TC17鈦合金大型整體盤軸鍛件為例，鍛 件經固溶+時效熱處理后其組織和性能如下 圖3為圖1所示的整體盤軸鍛件采用TC17鈦合金材料時沿中心線縱向剖開后其 盤形體l部位的金相組織圖(顯微鏡下放大500倍)，a條為細針狀，大部分a條長寬比
> IO，分布均勻并呈網蘭編織狀排列，晶界破碎且較薄。 圖4為圖1所示的整體盤軸鍛件采用TC17鈦合金材料時沿中心線縱向剖開后其 過渡區2部位的金相組織圖(顯微鏡下放大500倍)，a條為細針狀，大部分a條長寬比
> IO，分布均勻并呈網蘭編織狀排列，晶界破碎且較薄。 圖5為圖1所示的整體盤軸鍛件采用TC17鈦合金材料時沿中心線縱向剖開后其 軸頸體3部位的金相組織圖(顯微鏡下放大500倍)，a條為細針狀，大部分a條長寬比
> IO，分布均勻并呈網蘭編織狀排列，晶界破碎且較薄。 從圖3、圖4和圖5可以看出，采用TC17鈦合金近等溫鍛造的整體盤軸鍛件各部位 組織均勻一致。 經檢測，采用TC17鈦合金材料近等溫鍛造的整體盤軸鍛件各部位的室溫拉伸性 能如下 對于盤形體1 :抗拉強度為1180MPa 1190MPa，其伸長率為0. 2%時的屈服強度 為1150MPa，斷后伸長率為10 % 14X，斷面收縮率為23 29X，斷裂韌性為66Mpa.m1/2。
對于過渡區2 :抗拉強度為1130MPa 1150MPa，其伸長率為0. 2%時的屈服強度 為lllOMPa，斷后伸長率為13% 15%，斷面收縮率為33%，斷裂韌性為76Mpa.ml/2。
對于軸頸體3 :抗拉強度為1160MPa 1180MPa，其伸長率為0. 2%時的屈服強度 為1130MPa 1150MPa，斷后伸長率為7. 0 % 9. 5 % ，斷面收縮率為12 % 16 % ，斷裂韌性 為68Mpa.ml/2。
權利要求
一種近等溫鍛造成形的大型整體盤軸鍛件，包括盤形體和軸頸體，其特征在于在所述盤形體和軸頸體之間相接的部位設置有過渡區，在所述盤形體的頂盤面中心具有與用于鍛造該鍛件的鍛模的上定位塊配合的上定位盲孔，在所述軸頸體的底面中心具有與所述鍛模的下定位塊配合的下定位盲孔。
2. 根據權利要求1所述的大型整體盤軸鍛件，其特征在于，所述鍛件的尺寸比例是、t2 : t3 : 、 h3 = i : 2 : 5 : 3.5 : 2.5其中，^是所述盤形體的厚度，t2是所述過渡區的厚度，t3是所述軸頸體的厚度，^是 所述上定位盲孔的高度，h3是所述下定位盲孔的高度；禾口 d4 : d2 : d6 : d5 : d3 : 4 = i : i. 5 : 2 : 3.5 : i. 6 : 5其中，d4是所述下定位盲孔的直徑，d2是所述軸頸體的下錐面直徑，d6是所述過渡區的 下錐面直徑也是所述軸頸體的上錐面直徑，(15是所述過渡區的上錐面直徑，(13是所述上定 位盲孔的直徑，4是所述盤形體的直徑。
全文摘要
本發明公開了一種近等溫鍛造成形的大型整體盤軸鍛件，為解決該鍛件在鍛造時的快速成形并獲得高精度的尺寸和優異的組織、性能的技術問題，該鍛件包括盤形體和軸頸體，在所述盤形體和軸頸體之間相接的部位設置有過渡區，在所述盤形體的頂盤面中心具有與用于鍛造該鍛件的鍛模的上定位塊配合的上定位盲孔，在所述軸頸體的底面中心具有與所述鍛模的下定位塊配合的下定位盲孔。當該鍛件的尺寸比例t1∶t2∶t3∶h1∶h3＝1∶2∶5∶3.5∶2.5和d4∶d2∶d6∶d5∶d3∶d1＝1∶1.5∶2∶3.5∶1.6∶5時，為最佳優選結構。該鍛件主要用于航空發動機的壓氣機盤和前軸頸等整體成形的大型整體盤軸類鍛件。
文檔編號F16C3/02GK101761542SQ200910102899
公開日2010年6月30日 申請日期2009年11月27日 優先權日2009年11月27日
發明者葉俊青, 夏欲民, 李艷英, 田云, 陳再鼎, 陳祖祥 申請人:貴州安大航空鍛造有限責任公司