專(zhuān)利名稱(chēng)：一種防止大型鈦合金等溫精密薄腹板鍛件熱加工翹曲變形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防止大型鈦合金等溫精密薄腹板鍛件熱加工翹曲變形的方法，屬 金屬熱加工工藝。
背景技術(shù)：
近十余年，隨著等溫近凈成形技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多地大型整體鈦合金結(jié)構(gòu)件采 用等溫鍛造技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件大多具有形狀復(fù)雜，筋高腹板薄的特點(diǎn)，在鍛 造過(guò)程中各處金屬變形與流動(dòng)量不一致，遺留了部分加工應(yīng)力；在冷卻過(guò)程中，由于鍛件 本身各截面厚度不同，同時(shí)受擺放方式的影響，各處散熱系數(shù)也不同，導(dǎo)致溫差應(yīng)力產(chǎn)生， 溫差應(yīng)力與殘余加工應(yīng)力疊加后，造成鍛件翹曲變形，翹曲大時(shí)可達(dá)10余mm/1000mm，雖 然可以通過(guò)校正的方法減小翹曲，但校正溫度一般較低，容易增加殘余應(yīng)力，將引起后續(xù) 機(jī)械加工翹曲變形或造成不能加工出零件的后果?，F(xiàn)有的公開(kāi)文獻(xiàn)“Characterization of residual stresses in heat treated Ti_6Al_4V forgings bymachining induced distortion”(EPJ web of conferences 644006 UOIO))提到的有限元分析殘余應(yīng)力分布 及分散加工點(diǎn)散熱方法只適合機(jī)械加工。文獻(xiàn)“航空整體結(jié)構(gòu)件加工變形安全校正關(guān)鍵技 術(shù)研究”(山東大學(xué)碩士論文，2009年5月)提到的振動(dòng)時(shí)效不適合鈦合金結(jié)構(gòu)件，因鈦合 金彈性模量大，不宜小面積校正。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問(wèn)題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種防止大型鈦合金等溫精密薄腹板 鍛件熱加工翹曲變形的方法。技術(shù)方案一種防止大型鈦合金等溫精密薄腹板鍛件熱加工翹曲變形的方法，其特征在于步 驟如下步驟1 將鈦合金等溫精密薄腹板鍛件從高溫鍛造模具中取出后，懸掛在掛件柱 上，質(zhì)量大的部分放置在掛件柱的上方，空冷至室溫；步驟2 將空冷到室溫的精密薄腹板鈦合金鍛件平置在墊板上，鍛件翹曲處下方 放置墊塊，墊塊之間的間隔為墊塊寬度的1 1. 2倍，墊塊的高度使得鍛件高度落差為等 尚；步驟3 在精密薄腹板鍛件翹曲處上方擺放壓塊，壓塊與鍛件的接觸寬度應(yīng)等于 或小于鍛件該處的橫向?qū)挾?；壓塊的質(zhì)量應(yīng)稍大于鍛件翹曲處面積與熱處理加熱溫度下鈦 合金的屈服強(qiáng)度的乘積；步驟4 將在墊板碼放好的鍛件及墊塊、壓塊一起裝爐，按照該鍛件的標(biāo)準(zhǔn)熱處理 制度規(guī)定的入爐溫度、熱處理加熱溫度和保溫時(shí)間，入爐進(jìn)行熱處理加熱和保溫；
步驟5 將在墊板碼放好的鍛件及墊塊、壓塊一起出爐，待溫度降至600°C 士20°C 時(shí)，迅速去掉壓塊，將等溫精密鍛件懸掛在掛件柱上方，質(zhì)量大的部分仍然放置在掛件柱的 上方，空冷至室溫。所述墊板、墊塊及壓塊材料為耐熱不銹鋼。所述墊板的厚度大于120mm。所述墊板表面平面度控制在士0. l/1000mm范圍內(nèi)。有益效果本發(fā)明提出的防止大型鈦合金等溫精密薄腹板鍛件熱加工翹曲變形的方法，將等 溫精密鍛件從高溫鍛造模具中取出后的冷卻過(guò)程中，在懸掛支架(見(jiàn)圖1)懸掛擺放、且質(zhì) 量大的部分應(yīng)放置在掛件柱上方(見(jiàn)圖幻。目的使鍛件各處都能置于大氣中，使鍛件各處 的熱傳導(dǎo)系數(shù)相等，使鍛件均勻散熱，質(zhì)量大的部分放置在掛件柱的上方是為了避免鍛件 受到較大的重力誘發(fā)新的變形應(yīng)力。相對(duì)于平放在地面的傳統(tǒng)方法，掛放方法可使鍛件翹 曲量至少減小30%。在熱處理入爐前，將有翹曲的鍛件平置在墊板上，在鍛件與墊板之間用 墊塊墊實(shí)，若鍛件底面是平行等高的，墊塊的高度是一致的，如鍛件底面有高度落差，墊塊 高度有同等的落差(見(jiàn)圖幻；采用本方法使得各截面面積不等的大型復(fù)雜鈦合金飛機(jī)結(jié)構(gòu) 件等溫鍛造后冷卻、熱處理后冷卻過(guò)程中的熱量均勻發(fā)散，鍛件翹曲處在熱處理過(guò)程中壓 平，該工藝簡(jiǎn)單易行，費(fèi)用低廉。本方法不同于三點(diǎn)彎曲校正和模具校正，具有工藝及工裝簡(jiǎn)單、無(wú)須另占設(shè)備

圖1 為本發(fā)明懸掛卻冷用懸掛支架示意2 為本發(fā)明熱處理墊板、墊塊及壓塊在熱處理爐中放置示意圖1-懸掛支架腿，2-立柱，3-掛件柱，4-上支撐梁，5-墊板，6_墊塊，7_薄壁精鍛件， 8-壓塊
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述本實(shí)施例獲得的外輪廓尺寸約1180mmX 1090mm，內(nèi)輪廓尺寸約Φ 900mm，平均筋 高70mm，平均腹板厚10mm，局部實(shí)體高度達(dá)180mm的X X飛機(jī)TA15鈦合金整體框鍛件。步驟1 將鈦合金等溫精密薄腹板鍛件從高溫鍛造模具中取出后，懸掛在掛件柱 上，質(zhì)量大的部分放置在掛件柱的上方，在960°C，以KT2-IO-5S-1的應(yīng)變速率等溫鍛造出模 懸掛空冷至室溫；若直接在地面平放冷卻，鍛件冷卻翹曲變形量和鍛件從模具中頂出時(shí)的 扭曲變形疊加會(huì)高達(dá)15mm-25mm/1000mm ；在懸掛支架(見(jiàn)圖1)懸掛擺放、且質(zhì)量大的部分應(yīng)放置在掛件柱上方，這樣做的 目的是使鍛件各處都能置于大氣中，使鍛件各處的熱傳導(dǎo)系數(shù)相等，使鍛件均勻散熱，質(zhì)量 大的部分放置在掛件柱的上方是為了避免鍛件受到較大的重力誘發(fā)新的變形應(yīng)力。相對(duì)于 平放在地面的傳統(tǒng)方法，掛放方法可使鍛件翹曲量至少減小30%。步驟2 將空冷到室溫的精密薄腹板鈦合金鍛件平置在墊板上，鍛件翹曲處下方 放置墊塊，墊塊之間的間隔為墊塊寬度的1 1. 2倍，墊塊的高度使得鍛件高度落差為等高；所述墊板、墊塊及壓塊材料為耐熱不銹鋼；所述墊板的厚度大于120mm ；所述墊板表面 平面度控制在士0. l/1000mm范圍內(nèi)；步驟3 在精密薄腹板鍛件翹曲處上方擺放壓塊，壓塊與鍛件的接觸寬度應(yīng)等于 或小于鍛件該處的橫向?qū)挾?；壓塊的質(zhì)量應(yīng)稍大于鍛件翹曲處面積與熱處理加熱溫度下鈦 合金的屈服強(qiáng)度的乘積；步驟4 將在墊板碼放好的鍛件及墊塊、壓塊一起裝爐，按照該鍛件的標(biāo)準(zhǔn)熱處理 制度規(guī)定的入爐溫度、熱處理加熱溫度和保溫時(shí)間，入爐進(jìn)行熱處理加熱和保溫；入爐溫度 為950°C，熱處理加熱溫度為950°C，保溫時(shí)間為2-4小時(shí)；步驟5 將在墊板碼放好的鍛件及墊塊、壓塊一起出爐，待溫度降至600°C 士20°C 時(shí)，迅速去掉壓塊，將等溫精密鍛件懸掛在掛件柱上方，質(zhì)量大的部分仍然放置在掛件柱的 上方，空冷至室溫。在熱處理入爐前，將有翹曲的鍛件平置在墊板上，在鍛件與墊板之間用墊塊墊實(shí)， 若鍛件底面是平行等高的，墊塊的高度是一致的，如鍛件底面有高度落差，墊塊高度有同等 的落差；墊塊之間的間隔可在墊塊寬度的1 1. 2倍之間選取；墊塊與鍛件的接觸寬度應(yīng) 不小于在鍛件該處橫向?qū)挾鹊?/5 ；在鍛件翹曲處上方擺放壓塊，壓塊與鍛件的接觸寬度 應(yīng)等于或小于鍛件該處的橫向?qū)挾龋粔簤K的質(zhì)量應(yīng)稍大于鍛件翹曲處面積與熱處理加熱溫 度下鈦合金的屈服強(qiáng)度的乘積。本實(shí)施例最終測(cè)得的實(shí)際翹曲小于1mm，符合圖紙要求。為解決每次熱處理后墊塊和壓塊氧化造成尺寸不一致，本發(fā)明所述的墊塊與壓塊 均應(yīng)采用不銹鋼制作，以后每次裝爐前，均應(yīng)將氧化皮清理掉，并測(cè)量尺寸相對(duì)高度差且應(yīng) 與前次的高度差一致。
權(quán)利要求
1.一種防止大型鈦合金等溫精密薄腹板鍛件熱加工翹曲變形的方法，其特征在于步驟 如下步驟1 將鈦合金等溫精密薄腹板鍛件從高溫鍛造模具中取出后，懸掛在掛件柱上，質(zhì) 量大的部分放置在掛件柱的上方，空冷至室溫；步驟2 將空冷到室溫的精密薄腹板鈦合金鍛件平置在墊板上，鍛件翹曲處下方放置 墊塊，墊塊之間的間隔為墊塊寬度的1 1. 2倍，墊塊的高度使得鍛件高度落差為等高；步驟3 在精密薄腹板鍛件翹曲處上方擺放壓塊，壓塊與鍛件的接觸寬度應(yīng)等于或小 于鍛件該處的橫向?qū)挾?；壓塊的質(zhì)量應(yīng)稍大于鍛件翹曲處面積與熱處理加熱溫度下鈦合金 的屈服強(qiáng)度的乘積；步驟4 將在墊板碼放好的鍛件及墊塊、壓塊一起裝爐，按照該鍛件的標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度 規(guī)定的入爐溫度、熱處理加熱溫度和保溫時(shí)間，入爐進(jìn)行熱處理加熱和保溫；步驟5 將在墊板碼放好的鍛件及墊塊、壓塊一起出爐，待溫度降至600°C 士20°C時(shí)，迅 速去掉壓塊，將等溫精密鍛件懸掛在掛件柱上方，質(zhì)量大的部分仍然放置在掛件柱的上方， 空冷至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止大型鈦合金等溫精密薄腹板鍛件熱加工翹曲變形的方 法，其特征在于所述墊板、墊塊及壓塊材料為耐熱不銹鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防止大型鈦合金等溫精密薄腹板鍛件熱加工翹曲變形的方 法，其特征在于所述墊板的厚度大于120mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防止大型鈦合金等溫精密薄腹板鍛件熱加工翹曲變形的方 法，其特征在于所述墊板表面平面度控制在士0. l/1000mm范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種防止大型鈦合金等溫精密薄腹板鍛件熱加工翹曲變形的方法，技術(shù)特征在于將等溫精密鍛件從高溫鍛造模具中取出后懸掛支架空冷，在熱處理入爐前，將有翹曲的鍛件平置在墊板上，在鍛件與墊板之間用墊塊墊實(shí)，若鍛件底面是平行等高的，墊塊的高度是一致的，如鍛件底面有高度落差，墊塊高度有同等的落差；采用本方法使得各截面面積不等的大型復(fù)雜鈦合金飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等溫鍛造后冷卻、熱處理后冷卻過(guò)程中的熱量均勻發(fā)散，鍛件翹曲處在熱處理過(guò)程中壓平，該工藝簡(jiǎn)單易行，費(fèi)用低廉。
文檔編號(hào)C22F1/10GK102121085SQ201110023179
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者何森虎, 姚澤坤, 虢迎光, 趙張龍, 郭鴻鎮(zhèn) 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)