一种钛合金盘件的模锻方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及钛合金盘件模锻技术领域。
【背景技术】
[0002] 钛合金盘件内腹板连接风扇轴，外侧连接风扇叶片，由于结构特点，风扇盘外形 尺寸较大，结构较为复杂，粗加工件截面大体呈现正梯形，截面距离中心距离为200mm至 220mm，高度为180mm至240mm，上边长为20mm至50mm，梯形底边长为200mm左右，且下底边 呈现"凹"形,尺寸长度为IOOmm至180mm,深度为30mm至80_。
[0003] 通常设计该类锻件模具图时，有两种方法：一种是沿锻件外形设计，但这样设计导 致钛合金材料不容易定位，且锻件的"凹"形处不容易充满，这种方法一般不采用；为保证坯 料首火金属充填效果和定位，常采用另一种方法，这种方法是将锻件"凹"形处对应的模具 型腔设置为平面，这样钛合金棒材经过普通方法制备环形荒坯后，在模锻首火时能够有效 定位。但存在以下问题：首先：锻件下料重量增大约50kg，浪费稀贵金属；其二：粗加工件径 向最窄部位为30~40mm，直接采用环坯较难充填完整；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，导致锻件组织不均匀，探伤不达标，断裂韧 度较差等性能降低问题。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是：避免钛合金盘锻件采用传统模具锻造时，稀贵金 属浪费、锻件充填效果不佳、较多火次、较小变形量模锻导致的最终锻件组织不均匀、探伤 不达标、断裂韧度较差的问题。
[0005] 本发明的技术方案是：提出一种模锻首火后采用专用工装直接成型的锻造方法：
[0006] 步骤1 :制备锻造模具和二火专用成型工装，其中锻造模具由上模和下模组成，分 模面位于沿锻件最大外径处，下模的型腔内预留有用于安放二火专用成型工装的空间，上 模的型腔与锻件外形相对应；二火专用成型工装由上下两部分工装焊接而成：下部工装为 定位环板，与锻造模具下模的型腔耦合，厚度为2至5mm ;上部为环形工装，其规格、尺寸与 锻件本体对应，为便于脱模，在其内外侧机加45至80度的倒角；
[0007] 步骤2 :将制作的锻造模具和二火专用工装进行预热，加热钛合金环坯；锻造模具 安装后，将热透的钛合金环坯与锻造模具下模的型腔中心对正；锻造钛合金环坯至终锻温 度时停锻；将钛合金环坯取出，进行回炉加热；在下模的型腔内放入二火专用成型工装，将 热透后的钛合金环坯放入锻造模具下模后，锻造至成型。
[0008] 所述的锻造模具优先选用Cr-Ni-M0系模具钢，优选5CrNiMo模具钢；二火专用工 装的上部工装采用GH4169高温合金板，下部工装采用采用普通模具钢，优选5CrNiMo模具 钢，上下两部分焊接而成。上部工装可以根据锻件形状和使用状态进一步分解为两部分以 上。
[0009] 所述的锻造模具和二火专用工装的预热温度为200度至400度，时间为10小时以 上。
[0010] 步骤1和2所述的钛合金材料的加热温度为900度至1140度，加热时间根据钛合 金材料的加热系数和规格确定。
[0011] 本发明的有益效果是：通过制作二火专用工装，有以下几个好处：
[0012] 其一：减缓了模具制造沿粗加工外形引起的坯料定位、锻件内腹板较难充满的问 题；其二：制坯过程简化，只需制造为直壁环坯即可，避免了为保证锻件成型而进行了环坯 机加工序；其三：有效避免了因结构问题引起的荒形重量增大，稀贵金属浪费问题；其四： 避免了为满足锻件外形而采用较多火次、较小变形量的模锻方法导致的最终锻件组织不均 匀、探伤不达标、断裂韧度较差的问题；其五、制作专用工装，避免了制作二火模具而产生的 模具材料浪费。锻造模具按传统方法制作。
【具体实施方式】
[0013] 下面通过具体的实施例对本发明进行进一步的详细说明：
[0014] 某三项型号采用TC4钛合金风扇盘锻件，三项锻件要求最终探伤要求：AA级_12dB 以上，组织、性能符合标准要求；据此采用本发明的普通模锻首火后采用专用工装直接成型 的锻造方法：
[0015] 首先为锻造模具的制备，采用5CrNiMo模具钢制备锻造模具，锻造模具由上模和 下模组成，分模面位于沿锻件最大外径处，下模的型腔内预留有用于安放二火专用成型工 装的空间，上模的型腔与锻件外形相对应。
[0016] 其次为二火专用成型工装的制备，采用GH4169合金制备下部分，采用5CrNiMo 模具钢制备二火专用成型工装上部分，上下两部分工装焊接而成：下部分工装为定位环 板，用于长期使用，内外环尺寸与锻造模具下模的型腔耦合，厚度为2至5mm，设置斜度为 45~80度；根据锻件形状和实际生产时避免磨损工装造成的浪费，上部分环形工装可分 为编号1号、2号两块，1号位于2号上部，1号为与钛金属材料锻造时的接触块，可以更 换；1号、2号工装由普通模具钢5CrNiMo制作而成并焊接而成，两块焊接而成的规格、尺 寸与锻件本体对应，1号块尺寸为
2号块尺寸为
勺便于脱模，在两块内外侧机加45至80度的倒 角。
[0017] 最后为模锻过程，将制作的锻造模具和二火专用工装进行预热至250°C，锻造模具 预热时间在10小时以上，二火专用工装预热时间在3小时以上；将采用传统方法制备的钛 合金环坯加热至相变点下60至25°C，保温时间在3至5小时；预热完成的锻造模具安装后， 将加热结束后的钛合金环坯放入锻造模具中，放入的位置与锻造模具下模的型腔中心对 正；锻造钛合金环坯至终锻温度850°C时停锻；将钛合金坯料取出，进行回炉加热至相变点 下60至25°C，保温时间在3至5小时；将预热完成的二火专用工装取出放入锻造模具下模； 将加热完成钛合金坯料放入锻造模具下模后，锻造至成型，终锻温度控制在850°C以上。
[0018] 采用本发明的锻造方法制备的航空发动机TC4风扇盘锻件充满情况良好，经解 剖，全部锻件通面低倍组织均匀，所有部位显微组织、性能指标符合标准要求，AA级探伤达 至Ij -12dB以下。
【主权项】
1. 一种钛合金盘件的模锻方法，其特征在于，模锻步骤如下： 步骤1:制备锻造模具和二火专用成型工装，其中锻造模具由上模和下模组成，分模面 位于沿锻件最大外径处，下模的型腔内预留有用于安放二火专用成型工装的空间，上模的 型腔与锻件外形相对应；二火专用成型工装由上下两部分工装焊接而成：下部工装为定位 环板，与锻造模具下模的型腔耦合，厚度为2mm至5mm ;上部为环形工装，其规格、尺寸与锻 件本体对应，为便于脱模，在其内外侧机加45度至80度的倒角； 步骤2 :将制作的锻造模具和二火专用工装进行预热，加热钛合金环坯；锻造模具安装 后，将热透的钛合金环坯与锻造模具下模的型腔中心对正；锻造钛合金环坯至终锻温度时 停锻；将钛合金环坯取出，进行回炉加热；在锻造模具下模的型腔内放入二火专用成型工 装，将热透后的钛合金环坯放入锻造模具下模后，锻造至成型。2. 如权利要求1所述的一种钛合金盘件的模锻方法，其特征在于：所述的锻造模具选 用Cr-Ni-Mo系模具钢。3. 如权利要求1或2所述的一种钛合金盘件的模锻方法，其特征在于：所述的锻造模 选用5CrNiMo模具钢。4. 如权利要求1所述的一种钛合金盘件的模锻方法，其特征在于：所述二火专用工装 的上部工装采用GH4169高温合金板，下部工装采用采用普通模具钢，上下两部分焊接而 成。5. 如权利要求1或4所述的一种钛合金盘件的模锻方法，其特征在于：所述二火专用 工装的上部工装可以根据锻件形状和使用状态进一步分解为两部分以上。6. 如权利要求1所述的一种钛合金盘件的模锻方法，其特征在于：所述的锻造模具和 二火专用工装的预热温度为200度至400度，时间为10小时以上。7. 如权利要求1所述的一种钛合金盘件的模锻方法，其特征在于：步骤1和2所述的 钛合金材料的加热温度为900度至1140度，加热时间根据钛合金材料的加热系数和规格确 定。
【专利摘要】本发明属于钛合金盘件模锻技术领域，涉及一种钛合金盘件的模锻方法，是一种可以提高变截面钛合金盘锻件组织和性能的热加工方法。本发明按照钛合金模锻件变截面的结构来设计和制造锻造模具和二火专用工装，锻造模具和二火专用工装相配合的型腔与锻件形状相应；用普通方法将钛合金棒材制备成环坯；采用普通模具完成模锻首火，实现环坯定位和初步成型；在二火生产时，将二火专用工装放入普通模具的下模中，然后进行锻造，完成坯料的最终成型。本发明避免航空发动机钛合金风扇盘锻件采用传统模具锻造时，稀贵金属浪费、锻件充填效果不佳、较多火次、较小变形量模锻导致的最终锻件组织不均匀、探伤不达标、断裂韧度较差的问题。
【IPC分类】B21J5/02, B21J13/02
【公开号】CN105081159
【申请号】CN201410214628
【发明人】何健, 毛智勇, 狄鹏, 薛强, 甄小辉, 曹志
【申请人】陕西宏远航空锻造有限责任公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月20日