专利名称：燃气轮机压气机叶轮等温模锻方法
技术领域：
本发明涉及的是一种锻造技术领域的模锻方法，具体涉及一种燃气轮机压气机 叶轮等温模锻方法。
技术背景锻造是机械制造的基础工艺之一，是机械产品不可缺少的重要环节。整个锻造 技术发展总体趋势是更精更省，达到不需机械加工或少许机械加工就可使用。实现 锻件精密化，要在精锻工艺上下功夫。因为精锻件与普通模锻相比可降低经济成本、 劳动成本，锻造新技术是净形精密锻造，典型零件是齿形锻造和闭式锻造的汽车变 速器零件，在锻造齿轮类零件方面应用发展很快。等温锻造是指把模具加热到与坯 料变形的相同或相近的温度，在较低速度变形过程中，使热毛坯和模具温度基本保 持不变的锻造方法。等温模锻是60年代末发展起来的锻造新工艺，运用这一新工 艺可以生产出净尺寸的产品。在普通压力机或锤上模锻锻件时，由于模具的温度较 低，工件肋或角隙部位易于冷却，再加变形速率较高，变形抗力明显增加，这些都 会阻碍金属对模具型腔的充填。经对"等温模锻工艺"现有技术文献的检索发现，中国专利申请号20051004 6984，公开号1卯7594，名称"复合压力容器内衬半壳体毛坯模锻成型方法"，该项技术自述采用一个阴模和至少两个形状、直径不同的冲头分道次进行反挤变 形，每一道次冲头对毛坯的作用面积相同，且在设备能力范围内；第一道次和第二 道次，在毛坯等温的条件下进行；第三道以后，需要对毛坯的底部预先降温处理。 该项技术采用多道次不等温反挤方法，用较小吨位的压机实现大容积复合压力容器 内衬半壳体毛坯模锻成形。该项技术不同于常规半球形壳体的模锻成形采用一阴模 一冲头的形式，而是采用一个阴模和多个直径、形状不同的冲头分道次进行反挤变 形，可以用较小吨位的压机实现大容积复合压力容器内衬半壳体毛坯模锻成形，挤 压成形属于模锻一种特例，挤压时，金属流动的方向平行于冲头运动方向；而模锻， 属于体积变形，金属在X、 Y、 Z方向上都有流动。因此，叶轮的等温模锻中，金
属的流动远远比挤压复杂，控制其金属流线的方向仅用挤压工艺是达不到目的的。经对"等温模锻工艺"现有技术文献的进一步检索发现，中国专利申请号 200410064548，公开号1605429，名称 一种高强度铜合金防爆工具模锻生产工艺，该项技术自述其按照铍青铜、铝青铜防爆工具合金材料的配比成分，适应制造工具材料的百分比成分，将此原料按照生产工艺加入冶炼炉进行合金熔炼。熔炼温度达l 1 Q Q°C±2 (TC开始砂型铸造。将熔炼温度合格的铜液搅拌均匀浇 入砂型或钢胎浇口内形成铸件毛坏。上述的铸件合格毛坯再经过二次加热至7 8 0°C± 1 0 。C时取出坯件，将坯件延时5 — 10秒钟，使其温度降至7 0 0 °C± 1 0 。C时，此时将模具预热到3 0 0 °C±2 0 。C，放入锻压设备模具内用压延备压 延。该技术能够用铸锻联合工艺制造获得相应性能的铝青铜和铍青铜防爆扳手，但 不能用于叶轮的模锻。因为用铸锻方法制造低塑性锻件是可行的，铸锻后的产品强 度高于铸件，但低于该材料制成的锻件；其延伸率高于铸件，但也低于其锻件。因 此，该技术铸锻产品的性能优于铸件但低于锻件，更低于等温模锻件了！该技术无 法完成制造转速高达40300转/分的叶轮。上述两项技术不能解决燃气轮机用的压气机叶轮的等温模锻坯，由于燃气轮机 用的压气机叶轮转速高达40300转/分，离心力太大，要求形成叶轮叶片上的完整 金属流线。而上述两项技术都不能满足叶轮的强韧性要求，不能解决易造成叶轮在 振动节线处断裂的技术难题。 发明内容本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种燃气轮机压气机叶轮等温 模锻方法。本发明等温模锻件强度较普通模锻件提高19.7%，延伸率增加76.6%, 完全满足额定100h的工作期限。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下具体步骤① 、将叶轮坯料第一次加热到190'C—21(TC，取出，喷上润滑剂，再置于炉 内第二次加热到470°C_490°C，保温80_100分钟；② 、将安装在压机上的模具加热到47(rC—49(TC，喷涂润滑剂，将加热好的 叶轮坯料置于模具中，再均温20—40秒；③ 、开动压机，第一次下压时间为50—70秒，之后，模具内叶轮坯料还剩 8mm 10mm时，压机用第二次下压时间4分钟 5分钟缓慢压下，直到模具完全 闭合； 、压机活动横梁上行，模具打开，用水冷叶轮锻件，由下顶杆顶出叶轮锻件。 步骤①中所述的第一次加热，加热温度优选为20(TC。 步骤①中所述的第二次加热，加热温度优选为480°C。 步骤①中所述的保温80—100分钟，保温时间优选为90分钟。 步骤②中所述的再次加热，加热温度优选为48(TC。 步骤②中所述的均温20—40秒，均温时间优选为30秒。 步骤③中所述的第一次下压，下压时间优选60秒。步骤③中所述的第二次下压，下压时间优选5分钟。所述的压机，采用大于等于3000kN液压机。所述的润滑剂，本发明选用以下两种润滑剂之一第一种，其组份和重量百分比为鳞片状石墨25 — 30%，滑石粉4一8%，余量为气缸油；第二种，其组份和 重量百分比为石墨15_25%，水余量。从本发明实际效果可知，第一种润滑剂优于第二种。在同样条件下，第一种润滑剂一组6个试样全部充满，且表面光洁，容易清理。而用第二种润滑剂的6个试样在角隙处充满程度逊色于第一种润滑剂。本发明对于压气机叶轮的叶片高宽比达到12: 1 (普通模锻所锻叶片高宽比<8，锻出的叶片深度达不到振动节线位置)，特别显示了本发明所获得的优秀的效 果，本发明较普通模锻件强度提高19%以上，延伸率增加76%以上，完全满足额 定100h的工作期限。本发明正确选择等温模锻用的润滑剂可以大大地降低坯料与 模具表面的接触摩擦系数、模锻力、变形不均匀性、锻件脱模力并能提高模具寿命、 锻件的精度和质量。
图1采用本发明等温模锻的燃气轮机压气机叶轮照片。 图2燃气轮机压气机叶轮等温模锻模具示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进 行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 实施例1本实施例首先确定2A50铝合金模具和叶轮坯料等温温度，用2A50锻铝合金 材料做成标准试样，在1-5-2型高温材料试验机上摹仿实际等温变形速率作高温拉 伸试验，作出该合金塑性和变形抗力图，从而找到模具和叶轮坯料最佳等温温度为 480°C;蠕变速率为5x3.4x10—4s—1，在YA32-500型5000kN液压机上等温变形。 将在车床上车好的毛坯外径9120x内径cpl9.5x高43在K0-11型箱式电阻炉中加热 到200。C，取出，喷上润滑剂a，再置于炉内加热到480。C，保温80分钟。然后设计等温模锻的模具，模具结构如图2所示。凹模5通过下连接块2固定 于下垫板l上；上模7通过上连接块8固定于上垫板10上；上下垫板通过压板分 别固定于压力机的活动横梁和工作台上。该模具结构，不仅能保证叶轮叶片角隙处 充满，而且使该处的金属流线与振动节线垂直，以增强叶轮在振动节线处的强韧性。同时为保证振动节线处的强韧性，在保证该处金属流线与振动节线垂直外，还 要保证该处锻件材料组织的致密性，为此，将模具用中频感应加热到48(TC，喷涂 第一种润滑剂，将加热好的坯料置于凹模5中，再均温40秒，压机开始下压，70 秒后，还剩8mm时，压机用4分钟缓慢压下，直到模具完全闭合。压机活动横梁 上行，模具打开，用水冷叶轮锻件(因高温顶出锻件易变形)，下顶杆3顶出叶轮 锻件。如图1所示，本实施例获得较普通模锻件强度提高19.5%，延伸率增加76.2%。实施例2.实施时，用现有的YA32-500型5000kN液压机。将在车床上车好的叶轮坯料 外径(pl20x内径cpl9.5x高43在KO-11型箱式电阻炉中加热到210。C，取出，喷上 第一种润滑剂，再置于炉内加热到4卯"C，保温80分钟；将模具用中频感应加热 到47(TC，喷涂润滑剂a，将加热好的叶轮坯料置于模具中，再均温30秒，压机开 始下压，约1分钟后，还剩9mm时，压机约用4.5分钟缓慢压下，直到模具完全 闭合。压机活动横梁上行，模具打开，用水冷叶轮锻件(因热顶出叶轮锻件易变形)， 下顶杆3顶出叶轮锻件。
本实施例获得较普通模锻件强度提高19.3%，延伸率增加76.4%。
实施例3.
实施时，用YA32—630型6300kN液压机。将在车床上车好的叶轮坯料外径 cpl28x内径(p20x高38在KO-11型箱式电阻炉中加热到190°C，取出，喷上润滑剂 a，再置于炉内加热到47(TC，保温100分钟；将模具用中频感应加热到490°C，喷 涂第一种润滑剂，将加热好的叶轮坯料置于模具中，再均温20秒，压机开始下压， 50秒后，还剩10mm时，压机约用4分钟缓慢压下，直到模具完全闭合。压机活 动横梁上行，模具打开，用水冷叶轮锻件(因热顶出叶轮锻件易变形)，下顶杆顶 出叶轮锻件。由于压机比实施例2吨位大，因此在坯料温度上可降低10'C。
本实施例获得较普通模锻件强度提高19.1%，延伸率增加76.1%。
实施例4.
实施时，用YA32—300型3000kN液压机。将在车床上车好的叶轮坯料外径 cpll8x内径cp20x高45在KO-ll型箱式电阻炉中加热到200°C，取出，喷上润滑剂 a，再置于炉内加热到48(TC，保温100分钟；将模具用中频感应加热到49(TC，喷 涂润滑剂a，将加热好的叶轮坯料置于模具中，再均温40秒，压机开始下压，70 秒后，还剩8mm时，压机开足力量，下压5分钟后合模了，以下程序如实施例1、 2或者3进行；如果未合模，压机活动横梁上行，模具打开，用水冷锻件后，用顶 杆3顶出叶轮锻件，取出叶轮锻件。将冷却后的锻件喷砂，清除毛刺，再置于电阻 炉中加热到200。C，取出，喷涂润滑剂a，再置于炉内加热到48(TC，保温50分钟 (因重复加热，保温时间可减半)；由于压力机吨位相对较小，可再压一次，同样 得到合格锻件。
本实施例获得较普通模锻件强度提高19.1%，延伸率增加76.1%。
权利要求
1、一种燃气轮机压气机叶轮等温模锻方法，其特征在于，包括如下具体步骤①、将叶轮坯料第一次加热到190℃-210℃，取出，喷上润滑剂，再置于炉内第二次加热到470℃-490℃，保温80-100分钟；②、将模具再次加热到470℃-490℃，喷涂润滑剂，将加热好的叶轮坯料置于模具中，再均温20-40秒；③、将模具置入压机，第一次下压时间为50-70秒，之后，模具内叶轮坯料还剩8mm～10mm时，压机用第二次下压时间4分钟～5分钟缓慢压下，直到模具完全闭合；④、压机活动横梁上行，模具打开，用水冷叶轮锻件，由下顶杆顶出叶轮锻件。
2、 根据权利要求1所述的燃气轮机压气机叶轮等温模锻方法，其特征是步骤 ①中所述的第一次加热，加热温度为200°C。
3、 根据权利要求1所述的燃气轮机压气机叶轮等温模锻方法，其特征是，步 骤①中所述的第二次加热，加热温度为480°C。
4、 根据权利要求1所述的燃气轮机压气机叶轮等温模锻方法，其特征是，步 骤①中所述的保温，保温时间为90分钟。
5、 根据权利要求1所述的燃气轮机压气机叶轮等温模锻方法，其特征是，步 骤②中所述的再次加热，加热温度为48(TC。
6、 根据权利要求1所述的燃气轮机压气机叶轮等温模锻方法，其特征是，步 骤②中所述的均温，均温时间为30秒。
7、 根据权利要求1所述的燃气轮机压气机叶轮等温模锻方法，其特征是，步 骤③中所述的第一次下压，下压时间60秒。
8、 根据权利要求1所述的燃气轮机压气机叶轮等温模锻方法，其特征是，步骤③中所述的第二次下压，下压时间5分钟。
9、 根据权利要求1所述的燃气轮机压气机叶轮等温模锻方法，其特征是，所 述的压机，采用大于等于3000kN液压机。
10、 根据权利要求1所述的燃气轮机压气机叶轮等温模锻方法，其特征是， 所述的润滑剂，选用以下两种润滑剂之一第一种，其组份和重量百分比为鳞片 状石墨25 — 30%，滑石粉4一8%，余量为气缸油；第二种，其组份和重量百分比 为石墨15—25%，水余量。
全文摘要
本发明涉及的是一种锻造技术领域的燃气轮机压气机叶轮等温模锻方法。包括如下具体步骤将叶轮坯料第一次加热到190℃-210℃，取出，喷上润滑剂，再置于炉内第二次加热到470℃-490℃，保温80-100分钟；将模具再次加热到470℃-490℃，喷涂润滑剂，将加热好的叶轮坯料置于模具中，再均温20-40秒；将模具置入压机，第一次下压时间为50-70秒，之后，模具内叶轮坯料还剩8mm～10mm时，压机用第二次下压时间4分钟～5分钟缓慢压下，直到模具完全闭合；压机活动横梁上行，模具打开，用水冷叶轮锻件，由下顶杆顶出叶轮锻件。本发明较普通模锻件强度提高19％以上，延伸率增加76％以上，提高模具寿命、锻件的精度和质量。
文档编号B21J1/00GK101116890SQ20071004588
公开日2008年2月6日 申请日期2007年9月13日 优先权日2007年9月13日
发明者吴振清, 王以华 申请人:上海桦厦实业有限公司