一种复杂薄壁钛合金异形环件锻造成形方法
【专利摘要】本发明公开了一种复杂薄壁钛合金异形环件锻造成形方法，包括将钛合金棒镦粗、冲孔、扩孔、轧制步骤，其中：还包括用所述垫块挤压环坯，使环坯外表面形成凹槽的步骤。本发明的有益效果：本发明所述方法生产的异形环件加工的周期短，材料利用率高，环件内部组织均匀，质量稳定。
【专利说明】一种复杂薄壁钛合金异形环件锻造成形方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及异形环件锻造方法，尤其涉及一种复杂薄壁钛合金异形环件锻造成形方法。
【背景技术】
[0002]TC4合金是一种中等强度的α + β型两相钛合金，该合金具有优异的综合性能，在航空和航天工业中获得最广泛的应用。在航空工业中主要用于制造发动机的风扇和压气机盘及叶片，以及飞机结构中的梁、接头和隔框等重要承力构件。TC4合金薄壁异形环件是航空发动机上常用的一种零件类型，如航空发动机上的加力筒体壳体，传统的复杂薄壁TC4合金环件生产方法是使用板材卷曲焊接得到环件，此种生产方法存在以下缺点:1、通过板材焊接后得到的异形环件，其焊缝处材料组织与零件其它区域组织存在差异，造成零件性能下降。2、焊接后存在焊接应力，后续加工和使用过程中会因应力释放产生较大变形，导致产品报废。3、传统生产方法需要厚板进行焊接或生产矩形环件，其后续机械加工切削去除的材料较多，破坏了锻件的流线完整性，加工的周期较长，材料利用率低，造成浪费，不符合可持续发展的要求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种复杂薄壁钛合金异形环件锻造成形方法，解决现有工艺技术中异形环件内部质量不稳定、环件因应力释放变形大、材料利用率低等问题。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现:
一种复杂薄壁钛合金异形环件锻造成形方法，包括如下步骤:
步骤一，棒材加热
将锯切好的钛合金棒材加热至相变点以下30°C并保温，保温时间为:棒材的厚度 X6min/10mm ；
步骤二，镦粗、冲孔
将加热并保温好的钛合金棒材进行镦粗、冲孔，获得矩形环坯A ；
步骤三，垫块挤压
将矩形环坯A套在马杠上，将马杠稳固于马架上，在环坯A外圆周面放置垫块，压机带动上砧对垫块施加压力F1，同时用机械手转动矩形环坯A，在使矩形环坯A扩大的同时，在所述矩形环坯A的外圆周面压出凹槽，获得异形环坯B ；
步骤四，轧制
将异形环坯B放在环轧机上，环轧机的主辊模具的转速为0.2?0.4rad/s，芯辊模具以一定的进给速度和压力F3对异形环坯B进行环轧，最终获得锻件。
[0005]所述步骤三中上砧对垫块施加压力F1为2500T?4000T。
[0006]所述步骤四中压力F2为650T。
[0007]所述步骤四中芯辊模具的进给速度分为三个阶段: 轧制咬入阶段，芯棍进给速度由Omm/s增加到0.3mm/s ；
稳定轧制阶段，芯棍进给速度由0.3mm/s增加到0.6mm/s ；
校圆、整形阶段，芯棍进给速度由0.6mm/s逐渐减小到0.2mm/s。
[0008]所述钛合金牌号为TC4。
[0009]所述锻造成形的异形环件，其内径尺寸范围为Φ800πιπι?Φ3000πιπι，壁厚为40mm ?120mm,高度为 200mm ?1000mm。
[0010]本发明的有益效果:采用本发明一种复杂薄壁钛合金异形环件锻造成形方法，由于锻件外形更接近零件，更能保持锻件流线完整，且后续的加工余量小，加工的周期短，材料利用率高；本发明生产的TC4合金薄壁环件，消除了焊接带来的应力，减少后续加工和使用中的变形；本发明采用整体异形轧制生产的TC4合金薄壁环件，使环件内部组织均匀，质量稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为环坯A马杠上挤压安装图；
图2为环坯A马杠上挤压后的效果示意图；
图3为环坯B轧制安装图；
图4为环坯B轧制后的效果示意图；
图中，1 一环坯A，2—马杠，3—马架，4一垫块，5—上砧，6—环坯B，7—主辊模具，8—芯棍模具，9一锻件。
【具体实施方式】
[0012]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图和实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0013]实施本发明所述的一种钛合金薄壁异形环件锻造成形方法需要提供锻造加热炉、压力机、轧环机、机械手及其他工装模具等设备。
[0014]该合金的主要化学元素含量(重量百分比)为:含A1量5.5%?6.8%、含V量3.5%?4.5%、含Fe量彡0.03%、含C量彡0.1 %、含N量为0.05%、含Η量彡0.015%、其余为Ti。
[0015]如附图1-4所示，一种复杂薄壁钛合金异形环件锻造成形方法，包括如下步骤: 步骤一，棒材加热
将锯切好的钛合金棒材加热至相变点以下30°C并保温，保温时间为:棒材的厚度 X6min/10mm ；
步骤二，镦粗、冲孔
将加热并保温好的钛合金棒材进行镦粗、冲孔，获得矩形环坯A1 ；
步骤三，垫块挤压
将矩形环坯A1套在马杠2上，将马杠2稳固于马架3上，在环坯A1的外圆周面放置垫块4，压机带动上砧5对垫块4施加压力F1，同时用机械手转动矩形环坯A1，在使矩形环坯A1扩大的同时，在所述矩形环坯A1的外圆周面压出凹槽，获得异形环坯B6 ；
步骤四，轧制
将异形环坯B6放在环轧机上，环轧机的主辊模具7的转速为0.2?0.4rad/s,芯辊模具8以一定的进给速度和压力F3对异形环坯B6进行环轧，最终获得锻件9。
[0016]所述步骤三中上砧5对垫块4施加压力F1为2500T?4000T。
[0017]所述步骤四中压力F2为650T。
[0018]所述步骤四中芯辊模具8的进给速度分为三个阶段:
轧制咬入阶段，芯棍进给速度由Omm/s增加到0.3mm/s ；
稳定轧制阶段，芯棍进给速度由0.3mm/s增加到0.6mm/s ；
校圆、整形阶段，芯棍进给速度由0.6mm/s逐渐减小到0.2mm/s。
[0019]所述钛合金牌号为TC4。
[0020]所述锻造成形的异形环件，其内径尺寸范围为Φ800πιπι?Φ3000πιπι，壁厚为40mm ?120mm,高度为 200mm ?1000mm。
[0021]步骤五整个轧制过程的温度彡850°C。
[0022]通过上述方法获得的锻件，其力学性能为:室温拉伸(纵向):obS971MPa?982MPa, σ。2 为 910MPa ?922MPa，δ 5 为 14.0% ?15.5% ;高温拉伸 55(TC: o b 为 620MPa ?645MPa, σ 0 2 为 495MPa ?520MPa，δ 5 为 18% ?22% ；高温持久 550°C，σ b 为 430MPa，T为，100.5h,以上技术指标符合有关标准要求。
[0023]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
【权利要求】
1.一种复杂薄壁钛合金异形环件锻造成形方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤一，棒材加热 将锯切好的钛合金棒材加热至相变点以下30°c并保温，保温时间为:棒材的厚度 X6min/10mm ； 步骤二，镦粗、冲孔 将加热并保温好的钛合金棒材进行镦粗、冲孔，获得矩形环坯A (I)； 步骤三，垫块挤压 将矩形环坯A (I)套在马杠(2)上，将马杠(2)稳固于马架(3)上，在环坯A (I)外圆周面放置垫块(4)，压机带动上砧(5)对垫块(4)施加压力F1，同时用机械手转动矩形环坯A (1)，在使矩形环坯A (I)扩大的同时，在所述矩形环坯A (I)的外圆周面压出凹槽，获得异形环坯B (6)； 步骤四，轧制 将异形环坯B (6)放在环轧机上，环轧机的主辊模具(7)的转速为0.2?0.4rad/s，芯辊模具(8)以一定的进给速度和压力F3对异形环坯B (6)进行环轧，最终获得锻件(9)。
2.如权利要求1所述的复杂薄壁钛合金异形环件锻造成形方法，其特征在于:所述步骤三中上砧(5)对垫块(4)施加压力Fl为2500T?4000T。
3.如权利要求1所述的复杂薄壁钛合金异形环件锻造成形方法，其特征在于:所述步骤四中压力F2为650T。
4.如权利要求1所述的复杂薄壁钛合金异形环件锻造成形方法，其特征在于:所述步骤四中芯辊模具(8)的进给速度分为三个阶段: 轧制咬入阶段，芯棍进给速度由Omm/s增加到0.3mm/s ； 稳定轧制阶段，芯棍进给速度由0.3mm/s增加到0.6mm/s ； 校圆、整形阶段，芯棍进给速度由0.6mm/s逐渐减小到0.2mm/s。
5.如权利要求1?4所述的复杂薄壁钛合金异形环件锻造成形方法，其特征在于:所述钛合金牌号为TC4。
6.如权利要求1?5所述的钛合金薄壁异形环件锻造成形方法，其特征在于，所述锻造成形的异形环件，其内径尺寸范围为Φ 800mm?Φ 3000mm,壁厚为40mm?120mm,高度为200mm ?100mm0
【文档编号】B21H1/06GK104259353SQ201410404081
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】吴永安, 罗鸿飞, 张华 , 谢撰业, 范黔伟, 张建军, 张胜利 申请人:贵州航宇科技发展股份有限公司