一種鈦合金盤件的模鍛方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及鈦合金盤件模鍛技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈦合金盤件內(nèi)腹板連接風(fēng)扇軸，外側(cè)連接風(fēng)扇葉片，由于結(jié)構(gòu)特點，風(fēng)扇盤外形 尺寸較大，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，粗加工件截面大體呈現(xiàn)正梯形，截面距離中心距離為200mm至 220mm，高度為180mm至240mm，上邊長為20mm至50mm，梯形底邊長為200mm左右，且下底邊 呈現(xiàn)"凹"形,尺寸長度為IOOmm至180mm,深度為30mm至80_。
[0003] 通常設(shè)計該類鍛件模具圖時，有兩種方法：一種是沿鍛件外形設(shè)計，但這樣設(shè)計導(dǎo) 致鈦合金材料不容易定位，且鍛件的"凹"形處不容易充滿，這種方法一般不采用；為保證坯 料首火金屬充填效果和定位，常采用另一種方法，這種方法是將鍛件"凹"形處對應(yīng)的模具 型腔設(shè)置為平面，這樣鈦合金棒材經(jīng)過普通方法制備環(huán)形荒坯后，在模鍛首火時能夠有效 定位。但存在以下問題：首先：鍛件下料重量增大約50kg，浪費稀貴金屬；其二：粗加工件徑 向最窄部位為30~40mm，直接采用環(huán)坯較難充填完整；其三：為確保最窄處充填完整，增加 了模鍛火次，而后續(xù)火次鍛件幾乎沒有變形量，導(dǎo)致鍛件組織不均勻，探傷不達標(biāo)，斷裂韌 度較差等性能降低問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：避免鈦合金盤鍛件采用傳統(tǒng)模具鍛造時，稀貴金 屬浪費、鍛件充填效果不佳、較多火次、較小變形量模鍛導(dǎo)致的最終鍛件組織不均勻、探傷 不達標(biāo)、斷裂韌度較差的問題。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：提出一種模鍛首火后采用專用工裝直接成型的鍛造方法：
[0006] 步驟1 :制備鍛造模具和二火專用成型工裝，其中鍛造模具由上模和下模組成，分 模面位于沿鍛件最大外徑處，下模的型腔內(nèi)預(yù)留有用于安放二火專用成型工裝的空間，上 模的型腔與鍛件外形相對應(yīng)；二火專用成型工裝由上下兩部分工裝焊接而成：下部工裝為 定位環(huán)板，與鍛造模具下模的型腔耦合，厚度為2至5mm ;上部為環(huán)形工裝，其規(guī)格、尺寸與 鍛件本體對應(yīng)，為便于脫模，在其內(nèi)外側(cè)機加45至80度的倒角；
[0007] 步驟2 :將制作的鍛造模具和二火專用工裝進行預(yù)熱，加熱鈦合金環(huán)坯；鍛造模具 安裝后，將熱透的鈦合金環(huán)坯與鍛造模具下模的型腔中心對正；鍛造鈦合金環(huán)坯至終鍛溫 度時停鍛；將鈦合金環(huán)坯取出，進行回爐加熱；在下模的型腔內(nèi)放入二火專用成型工裝，將 熱透后的鈦合金環(huán)坯放入鍛造模具下模后，鍛造至成型。
[0008] 所述的鍛造模具優(yōu)先選用Cr-Ni-M0系模具鋼，優(yōu)選5CrNiMo模具鋼；二火專用工 裝的上部工裝采用GH4169高溫合金板，下部工裝采用采用普通模具鋼，優(yōu)選5CrNiMo模具 鋼，上下兩部分焊接而成。上部工裝可以根據(jù)鍛件形狀和使用狀態(tài)進一步分解為兩部分以 上。
[0009] 所述的鍛造模具和二火專用工裝的預(yù)熱溫度為200度至400度，時間為10小時以 上。
[0010] 步驟1和2所述的鈦合金材料的加熱溫度為900度至1140度，加熱時間根據(jù)鈦合 金材料的加熱系數(shù)和規(guī)格確定。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是：通過制作二火專用工裝，有以下幾個好處：
[0012] 其一：減緩了模具制造沿粗加工外形引起的坯料定位、鍛件內(nèi)腹板較難充滿的問 題；其二：制坯過程簡化，只需制造為直壁環(huán)坯即可，避免了為保證鍛件成型而進行了環(huán)坯 機加工序；其三：有效避免了因結(jié)構(gòu)問題引起的荒形重量增大，稀貴金屬浪費問題；其四： 避免了為滿足鍛件外形而采用較多火次、較小變形量的模鍛方法導(dǎo)致的最終鍛件組織不均 勻、探傷不達標(biāo)、斷裂韌度較差的問題；其五、制作專用工裝，避免了制作二火模具而產(chǎn)生的 模具材料浪費。鍛造模具按傳統(tǒng)方法制作。
【具體實施方式】
[0013] 下面通過具體的實施例對本發(fā)明進行進一步的詳細說明：
[0014] 某三項型號采用TC4鈦合金風(fēng)扇盤鍛件，三項鍛件要求最終探傷要求：AA級_12dB 以上，組織、性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求；據(jù)此采用本發(fā)明的普通模鍛首火后采用專用工裝直接成型 的鍛造方法：
[0015] 首先為鍛造模具的制備，采用5CrNiMo模具鋼制備鍛造模具，鍛造模具由上模和 下模組成，分模面位于沿鍛件最大外徑處，下模的型腔內(nèi)預(yù)留有用于安放二火專用成型工 裝的空間，上模的型腔與鍛件外形相對應(yīng)。
[0016] 其次為二火專用成型工裝的制備，采用GH4169合金制備下部分，采用5CrNiMo 模具鋼制備二火專用成型工裝上部分，上下兩部分工裝焊接而成：下部分工裝為定位環(huán) 板，用于長期使用，內(nèi)外環(huán)尺寸與鍛造模具下模的型腔耦合，厚度為2至5mm，設(shè)置斜度為 45~80度；根據(jù)鍛件形狀和實際生產(chǎn)時避免磨損工裝造成的浪費，上部分環(huán)形工裝可分 為編號1號、2號兩塊，1號位于2號上部，1號為與鈦金屬材料鍛造時的接觸塊，可以更 換；1號、2號工裝由普通模具鋼5CrNiMo制作而成并焊接而成，兩塊焊接而成的規(guī)格、尺 寸與鍛件本體對應(yīng)，1號塊尺寸為
2號塊尺寸為
勺便于脫模，在兩塊內(nèi)外側(cè)機加45至80度的倒 角。
[0017] 最后為模鍛過程，將制作的鍛造模具和二火專用工裝進行預(yù)熱至250°C，鍛造模具 預(yù)熱時間在10小時以上，二火專用工裝預(yù)熱時間在3小時以上；將采用傳統(tǒng)方法制備的鈦 合金環(huán)坯加熱至相變點下60至25°C，保溫時間在3至5小時；預(yù)熱完成的鍛造模具安裝后， 將加熱結(jié)束后的鈦合金環(huán)坯放入鍛造模具中，放入的位置與鍛造模具下模的型腔中心對 正；鍛造鈦合金環(huán)坯至終鍛溫度850°C時停鍛；將鈦合金坯料取出，進行回爐加熱至相變點 下60至25°C，保溫時間在3至5小時；將預(yù)熱完成的二火專用工裝取出放入鍛造模具下模； 將加熱完成鈦合金坯料放入鍛造模具下模后，鍛造至成型，終鍛溫度控制在850°C以上。
[0018] 采用本發(fā)明的鍛造方法制備的航空發(fā)動機TC4風(fēng)扇盤鍛件充滿情況良好，經(jīng)解 剖，全部鍛件通面低倍組織均勻，所有部位顯微組織、性能指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，AA級探傷達 至Ij -12dB以下。
【主權(quán)項】
1. 一種鈦合金盤件的模鍛方法，其特征在于，模鍛步驟如下： 步驟1:制備鍛造模具和二火專用成型工裝，其中鍛造模具由上模和下模組成，分模面 位于沿鍛件最大外徑處，下模的型腔內(nèi)預(yù)留有用于安放二火專用成型工裝的空間，上模的 型腔與鍛件外形相對應(yīng)；二火專用成型工裝由上下兩部分工裝焊接而成：下部工裝為定位 環(huán)板，與鍛造模具下模的型腔耦合，厚度為2mm至5mm ;上部為環(huán)形工裝，其規(guī)格、尺寸與鍛 件本體對應(yīng)，為便于脫模，在其內(nèi)外側(cè)機加45度至80度的倒角； 步驟2 :將制作的鍛造模具和二火專用工裝進行預(yù)熱，加熱鈦合金環(huán)坯；鍛造模具安裝 后，將熱透的鈦合金環(huán)坯與鍛造模具下模的型腔中心對正；鍛造鈦合金環(huán)坯至終鍛溫度時 停鍛；將鈦合金環(huán)坯取出，進行回爐加熱；在鍛造模具下模的型腔內(nèi)放入二火專用成型工 裝，將熱透后的鈦合金環(huán)坯放入鍛造模具下模后，鍛造至成型。2. 如權(quán)利要求1所述的一種鈦合金盤件的模鍛方法，其特征在于：所述的鍛造模具選 用Cr-Ni-Mo系模具鋼。3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種鈦合金盤件的模鍛方法，其特征在于：所述的鍛造模 選用5CrNiMo模具鋼。4. 如權(quán)利要求1所述的一種鈦合金盤件的模鍛方法，其特征在于：所述二火專用工裝 的上部工裝采用GH4169高溫合金板，下部工裝采用采用普通模具鋼，上下兩部分焊接而 成。5. 如權(quán)利要求1或4所述的一種鈦合金盤件的模鍛方法，其特征在于：所述二火專用 工裝的上部工裝可以根據(jù)鍛件形狀和使用狀態(tài)進一步分解為兩部分以上。6. 如權(quán)利要求1所述的一種鈦合金盤件的模鍛方法，其特征在于：所述的鍛造模具和 二火專用工裝的預(yù)熱溫度為200度至400度，時間為10小時以上。7. 如權(quán)利要求1所述的一種鈦合金盤件的模鍛方法，其特征在于：步驟1和2所述的 鈦合金材料的加熱溫度為900度至1140度，加熱時間根據(jù)鈦合金材料的加熱系數(shù)和規(guī)格確 定。
【專利摘要】本發(fā)明屬于鈦合金盤件模鍛技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鈦合金盤件的模鍛方法，是一種可以提高變截面鈦合金盤鍛件組織和性能的熱加工方法。本發(fā)明按照鈦合金模鍛件變截面的結(jié)構(gòu)來設(shè)計和制造鍛造模具和二火專用工裝，鍛造模具和二火專用工裝相配合的型腔與鍛件形狀相應(yīng)；用普通方法將鈦合金棒材制備成環(huán)坯；采用普通模具完成模鍛首火，實現(xiàn)環(huán)坯定位和初步成型；在二火生產(chǎn)時，將二火專用工裝放入普通模具的下模中，然后進行鍛造，完成坯料的最終成型。本發(fā)明避免航空發(fā)動機鈦合金風(fēng)扇盤鍛件采用傳統(tǒng)模具鍛造時，稀貴金屬浪費、鍛件充填效果不佳、較多火次、較小變形量模鍛導(dǎo)致的最終鍛件組織不均勻、探傷不達標(biāo)、斷裂韌度較差的問題。
【IPC分類】B21J5/02, B21J13/02
【公開號】CN105081159
【申請?zhí)枴緾N201410214628
【發(fā)明人】何健, 毛智勇, 狄鵬, 薛強, 甄小輝, 曹志
【申請人】陜西宏遠航空鍛造有限責(zé)任公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年5月20日