一种超大型钛合金整体框锻件的锻造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于锻造技术领域，具体涉及一种超大型钛合金整体框锻件的锻造方法。
【背景技术】
[0002] 大型钛合金锻件一般是指锻件重量超过50Kg，外廓尺寸在500mm以上的锻件。随 着航空器尺寸的增大和结构设计的整体化，出现了重量超过500Kg，外廓尺寸在2000mm以 上的超大型锻件。
[0003] 在现有技术中，大型钛合金承力框一般采用自由锻件直接机械加工的方式来制 造，此方式生产的锻件存在下料重量大、原材料冶炼难度大、冶金质量得不到保证，锻件组 织力学性能均匀性达不到设计要求等一系列问题。而重量超过500Kg，外廓尺寸在2000mm 以上的超大型钛合金承力框若采用自由锻件直接加工，下料规格巨大，超出了现有原材料 熔炼规格的极限，因此一般采用"分段锻造+分段机加+焊接组合"的方法来制造，采用这 种焊接组合方法，也面临重量、寿命和安全性等诸多技术难题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种工艺简单、经济性佳、批量一致性好的锻造方法，生产 出尺寸精度高、组织力学性能均匀性好，并具有良好加工性的超大型整体框锻件。
[0005] 本发明的技术解决方案是：
[0006] 一、制坯
[0007] 步骤一，根据锻件形状和尺寸要求，采用局部镦粗或机械加工的方法制备初始坯 料；
[0008] 步骤二，将初始坯料置于III类电炉有效区内进行加热，加热温度为T e -10 °C~ TP_50°C，保温时间为0· 4min/mmX还料最大厚度mm~1.0 min/mmX还料最大厚度mm，将 制备完成的初始坯料在自由锻压机上进行纵向拔长，使坯料的总长度达到最终锻件长度 的85 %~95 %，此过程允许多火次完成，热料回炉保温时间为0. 2min/mmX坯料最大厚度 mm~0. 5min/mmX还料最大厚度_ ;
[0009] 步骤三，将步骤二制得的坯料置于III类电炉有效区内进行加热，加热温度为 Tp-ICTC~TP_50°C，保温时间为0· 4min/mmX还料最大厚度mm~1.0 min/mmX还料最大 厚度mm，将长度和宽度尺寸小于锻件最终内孔孔径、高度尺寸为50~150mm的开料板置于 加热后的坯料对应锻件内孔位置处，通过自由锻压机下压反复移动的开料板，实现坯料的 横向拔长，将坯料宽度尺寸展宽到最终锻件宽度尺寸的70%~80% ;此过程允许多火次完 成，热料回炉保温时间为〇· 2min/mmX还料最大厚度mm~0· 5min/mmX还料最大厚度mm ;
[0010] 步骤四，将步骤三制得的坯料置于III类电炉有效区内进行加热，加热温度为 Tp-ICTC~TP_50°C，保温时间为0· 4min/mmX还料最大厚度mm~1.0 min/mmX还料最大 厚度_，将加热后的坯料置于型腔外廓尺寸与锻件最终外廓尺寸一致，并且各处深度尺寸 为锻件最终相应处厚度I. 1~1. 3倍的制坯模具中，在模锻压机上进行胎模锻，使坯料继 续展宽展长，坯料外廓达到锻件外廓尺寸；此过程允许多火次完成，热料回炉保温时间为 0. 2min/mmX还料最大厚度mm~0. 5min/mmX还料最大厚度mm ;
[0011] 步骤五，按照锻件尺寸要求切割去除坯料连皮，残留连皮距锻件内孔边缘尺寸为 50~200mm，得到最终符合要求的还料；
[0012] 所述步骤二到步骤四，与坯料接触的工装或胎模中需铺保温石棉毡。
[0013] 所述步骤一到步骤四，对所用工装和模具进行预热，预热温度100~350°C。
[0014] 所述步骤四，坯料用防护润滑剂进行防护，胎模型腔内用水基石墨进行润滑。
[0015] 二、模锻
[0016] 步骤一，定位锻，将制得的坯料置于III类电炉有效区内进行加热，加热温度为 Tp-ICTC~TP_50°C，保温时间为0· 4min/mmX还料最大厚度mm~1.0 min/mmX还料最大 厚度_，将加热后的坯料在模锻压机上使用预锻模具进行定位锻，预锻模具锻造前预热至 250~350°C，锻造速度为0. 5-lOmm/s，使锻件初步成形，锻后将型腔外的多余金属通过机 械加工的方式切除；
[0017] 步骤二，预锻，将定位锻后的坯料置于III类电炉有效区内进行加热，加热温度为 Tβ-10°C~Tβ-50°C，保温时间为lmin/mmX?料最大厚度mm~3min/mmX?料最大厚度 mm，将加热后的坯料在模锻压机上使用预锻模具进行预锻，预锻模具锻造前预热至350~ 700°C，锻造速度为0. 5-lOmm/s，获得符合设计要求的预锻件，锻后通过机械加工的方式切 除多余毛边，此过程允许1-3火次完成；
[0018] 步骤三，终锻，将预锻后的坯料置于III类电炉有效区内进行加热，加热温度为 Tβ-10°C~Tβ-50°C，保温时间为lmin/mmX?料最大厚度mm~3min/mmX?料最大厚度 mm，将加热后的坯料在模锻压机上使用终锻模具进行终锻，终锻模具锻造前预热至350~ 700°C，锻造速度为0. 5-lOmm/s，使锻件完全成形，获得符合设计要求的锻件，锻后通过机械 加工的方式切除多余毛边，此过程允许1-3火次完成。
[0019] 所述步骤一到步骤三，坯料用防护润滑剂进行防护，模具型腔内用水基石墨进行 润滑。
[0020] 所述步骤二和步骤三，坯料入炉前包裹玻璃布。
[0021] 本发明具有的优点和有益效果为：（1)本发明所述的锻造方法解决了大型钛合金 承力框只能采用自由锻件直接机械加工的方式来制造的问题，将下料到锻件的原材料利用 率从以前的20%提高到了 60%，大大提高了经济效益和锻件的组织性能水平；（2)本发明 所述的锻造方法解决了重量超过500Kg、外廓尺寸在2000mm以上的超大型钛合金框锻件只 能采用"分段锻造+分段机加+焊接组合"的方法来制造的问题，实现了钛合金超大型框锻 件的整体化锻造和生产，大幅度提高了钛合金整体框锻件的安全可靠性、经济性；(3)本发 明所述的锻造方法生产的超大型钛合金整体框锻件具有流线完整、变形均匀、组织力学性 能均匀性好和内应力小，加工变形小等优点。
【具体实施方式】
[0022] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步 地详细描述。
[0023] 一、制坯
[0024] 步骤一，根据锻件形状和尺寸要求，采用局部镦粗或机械加工的方法制备初始坯 料；
[0025] 制坯前的原材料为等厚的矩形坯料，根据整体框锻件的外廓特点，矩形坯料的某 些局部为无用料，因此需先用局部镦粗或机械加工的方法将局部的无用料去除掉，获得初 始坯料。
[0026] 采用机械加工的办法将坯料某些局部无用料去除来制备初始坯料的办法简单，但 原材料浪费大，经济性较差，且切断了坯料的部分流线。
[0027] 采用在自由锻压机上对坯料相应位置进行局部镦粗来制备初始坯料的办法，材料 利用率高、经济性好，对此办法详细描述如下：
[0028] 将坯料置于III类电炉有效区内进行加热，加热温度为Tfs-KTC~T fi-50°c，保温时 间为0. 4min/mmX还料最大厚度mm~1.0 min/mmX还料最大厚度mm，还料出炉后置于自由 锻压机上进行局部镦粗，直至达到初始坯料尺寸要求，此过程允许多火次完成，热料回炉保 温时间为〇· 2min/mmX还料最大厚度mm~0· 5min/mmX还料最大厚度mm ;
[0029] 步骤二，将初始坯料置于III类电炉有效区内进行加热，加热温度为Tfs-KTC~ TP_50°C，保温时间为0· 4min/mmX还料最大厚度mm~1.0 min/mmX还料最大厚度mm，将 制备完成的初始坯料在自由锻压机上进行纵向拔长，使坯料的总长度达到最终锻件长度 的85 %~95 %，此过程允许多火次完成，热料回炉保温时间为0. 2min/mmX坯料最大厚度 mm~0. 5min/mmX还料最大厚度_ ;
[0030] 步骤三，将步骤二制得的坯料置于III类电炉有效区内进行加热，加热温度为 T β -10°C~T β _50°C，保温时间为0. 4min/mmX还料最大厚度mm~1.0 min/mmX还料最大 厚度mm，将长度和宽度尺寸小于锻件最终内孔孔径、高度尺寸为50~150mm的开料板置于 加热后的坯料对应锻件内孔位置处，通过自由锻压机下压反复移动的开料板，实现坯料的 横向拔长，将坯料宽度尺寸展宽到最终锻件宽度尺寸的70%~80% ;此过程允许多火次完 成，热料回炉保温时间为〇· 2min/mmX还料最大厚度mm~0· 5min/mmX还料最大厚度mm ;
[0031] 步骤四，将步骤三制得的坯料置于III类电炉有效区