一种航空用大型铝基复合材料风扇叶片精锻件的锻造方法与流程

本发明涉及一种大型航空发动机用铝基符合材料风扇叶片的模锻技术领域。

背景技术：

现代涡扇航空发动机正朝着大涵道比、大推力、低油耗等方向不断发展。铝基复合材料(AL-MMCs)是以高强铝合金材料为基体、陶瓷颗粒为增强相的金属基复合材料，相较钛合金材料具有优秀的比强度、比模量和疲劳性能，适用于传统金属加工工艺。采用铝基复合材料代替传统的钛合金材料，是提高发动机推重比，减轻发动机重量的有效方法和手段。

风扇叶片的尺寸越来越大，发动机总重量不断增加，传统钛合金风扇叶片已经逐渐地不能满足现代高性能大涵道比涡扇发动机的性能需求，减重优化已成为各大发动机生产商的主要挑战之一。该风扇叶片外形尺寸较大，总长度为925.4mm，叶身最大弦宽390mm，最大厚度66mm；榫头与叶身型面之间扭角为57.5°；叶尖的定位凸台支撑面高度75.4mm，相对锻件叶尖高出45mm；叶片投影面积0.28m²。采用常规模锻存在以下问题：首先：采用传统的铸造铝基复合材料变形塑性较差，锻件表面容易拉裂；其二：由于叶片体积较大，现有挤压坯尺寸较小，直接采用板坯较难充填完整；其三：为确保最窄处充填完整，增加了模锻火次，而后续火次锻件几乎没有变形量，容易产生锻件组织不均匀、性能不稳定等问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：为了克服采用小规格铝基复合材料挤压板材锻造发动机风扇叶片过程中制坯问题，本发明提供一种采用挤压板坯的制坯的锻造方法。采用该方法通过优化荒坯、预锻的设计，锻造出外形完整、尺寸精度高、组织及性能良好的铝基复合材料风扇叶片。

技术方案为：

提供一种航空用大型铝基复合材料风扇叶片精锻件的锻造方法，包括如下步骤:

步骤1、选取铝基复合材料板坯，所述板坯的规格为200mm×90mm×840mm，对所述挤压板坯探伤后进行倒角；

步骤2、将板坯加热到380℃～400℃，保温150～200分钟，同时提前预热5CrNiMo胎膜至200℃～400℃，保温5～8小时，保证板坯和胎膜的加热同时完成；

所述胎膜为对称结构，包括结构完全相同的胎膜左件和胎膜右件；在所述的胎膜左件和胎膜右件中开有T形长槽，将胎膜左件和胎膜右件合模后，胎膜左件和胎膜右件的T形长槽 闭合成锤形空腔；且能够将该胎膜安装到快锻机上，使得快锻机的冲头能够压到所述的锤形空腔的锤头位置；

步骤3、将加热好的胎膜安装到2500吨快锻机平砧上，之后将加热好的板坯沿纵向置于胎膜的锤形空腔内，通过快锻机将板坯一端镦粗，快锻机的下压速度为10～15mm/s；

步骤4、将镦粗后的板坯加热到380℃～400℃，保温150～200分钟，在快锻机上加持所述的镦粗端，沿纵向反复90°锻压拔长板坯未镦粗部分，使得未镦粗部分拔长为规格200mm×80mm×705mm，得到荒坯；

步骤5、将荒坯和叶片预锻模分别加热到380℃～420℃后，对荒坯和叶片预锻模喷涂润滑剂；之后将荒坯置于叶片预锻模中，并锻造成预锻件；

步骤6、将预锻件加热至380℃～420℃后，将预锻件转移放入叶片等温终锻模具内，锻造成终锻锻件，终锻速度为0.05～0.5mm/s。

本发明的有益效果是：由于风扇叶片用铝基复合材料挤压板坯采用了专用的锻造制坯方法，以及锻造参数的优化，锻造出外形完整、尺寸精度高、组织及性能良好的铝基复合材料风扇叶片。

上述的锻造方法为铝基复合材料挤压坯在航空领域的应用提供一条途径。铝基复合材料可以提高发动机推重比，减轻发动机重量的有效方法和手段，对推动航空发动机发展的革新具有重要意义。

附图说明

图1为胎膜左件或右件的结构示意图；

图2为本发明的胎膜左右件组装后的结构俯视图；

其中：1-胎膜左件、2-胎膜右件、3-锤形空腔、4-紧固环、5-定位平键。

具体实施方式

以下结合实施例对具体实施方式进行说明。

提供一种航空用大型铝基复合材料风扇叶片精锻件的锻造方法，包括如下步骤:

步骤1选取铝基复合材料板坯，所述板坯的规格为200mm×90mm×840mm，对所述挤压板坯探伤后进行倒角；

步骤2将板坯加热到380℃～400℃，保温150～200分钟，同时提前预热5CrNiMo胎膜至200℃～400℃，保温5～8小时，保证板坯和胎膜的加热同时完成；

所述胎膜为对称结构，包括结构完全相同的胎膜左件和胎膜右件；在所述的胎膜左件和 胎膜右件中开有T形长槽，将胎膜左件和胎膜右件合模后，胎膜左件和胎膜右件的T形长槽闭合成锤形空腔；且能够将该胎膜安装到快锻机上，使得快锻机的冲头能够压到所述的锤形空腔的锤头位置；

步骤3、将加热好的胎膜安装到2500吨快锻机平砧上，之后将加热好的板坯沿纵向置于胎膜的锤形空腔内，通过快锻机将板坯一端镦粗，快锻机的下压速度为10～15mm/s；

步骤4将镦粗后的板坯加热到380℃～400℃，保温150～200分钟，在快锻机上加持所述的镦粗端，沿纵向反复90°锻压拔长板坯未镦粗部分，使得未镦粗部分拔长为规格200mm×80mm×705mm，得到荒坯；

步骤5、将荒坯和叶片预锻模分别加热到380℃～420℃后，对荒坯和叶片预锻模喷涂润滑剂；之后将荒坯置于叶片预锻模中，并锻造成预锻件；

步骤6、将预锻件加热至380℃～420℃后，将预锻件转移放入叶片等温终锻模具内，锻造成终锻锻件，终锻速度为0.05～0.5mm/s。