超细晶粒钛合金护套及其复合挤压成形模具的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及的是一种金属处理领域的技术，具体是一种用于碳纤维叶片的超 细晶粒钛合金护套及其复合挤压成形模具。
【背景技术】
[0002] 现代航空发动机风扇和压缩机叶片使用碳纤维制造。由于在保证结构强度和可靠 性条件下大幅度地减轻了质量，与钛合金叶片比较有更为光明的前景。
[0003] 但是，碳纤维叶片最大弱点，即叶片在使用过程中，前缘部分最常受到表面磨蚀和 外面进入物体打击作用，砂石和飞鸟等等。因此为了保证飞行安全，叶片的前缘借助于固定 零件或胶水施以高强度钛合金保护。然而，钛合金防护套的制造是足够复杂的课题，因为防 护套有不同截面，零件的截面厚度差很大，包括薄的壁和增强的厚重前缘横截面;此外，护 套有复杂的空间形状，包括在水平面方向上有曲面形状和直立弯曲平面。
[0004] 美国有色燃气透平公司（Chromalloy Gas Turbine Corporation USA)设计并使 用钛合金TC4(Ti-6Al-4V)立体毛坯制造护套。毛坯借助铣削制出内部V形型腔。接着在模具 中挤压成形侧壁，挤压温度850~900°C，再进行最后的机械加工。零件的壁厚只有0.5~ 0.2mm。没有保护性气体导致表面气体饱和。在如此高的温度下挤压钛合金，务必需要昂贵 的镍基高温合金做模具;在没有保护气氛下作业，使挤出薄壁受到气体(如氧气、氢气等)伤 害。为了去除工件受浸的表面，必须要做大量机械加工，这样，不仅切除了受气体浸蚀表面， 而且也切除了挤压中形成的纤维流线，使流线外露，增加应力腐蚀机会。
[0005] 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103009018A，公开（公告）日 2013.04.03,公开了一种超细晶、高强度合金叶片锻件的制造方法，制造过程包括，挤压、终 锻、切毛边、热处理，所述的挤压过程前采用钡盐炉加热;所述的挤压模具采用"菱形叶身和 榫头"对开式方形锥台结构，并对挤压模具喉部进行强化处理;但该技术二次挤压(变形量 20~60%)只能达到细晶粒，且该工艺无法适用于钛合金TC4。
[0006] 中国专利文献号CN1439467，公开(公告）日2003.09.03，公开了一种热强钛合金叶 片的挤压、精密辊锻方法，采用挤压小余量半精锻叶片作为辊锻工艺的坯料，采取有效防护 润滑涂层，和采用化学铣削工艺清除各种加热中形成的污染层;优选中温辊锻工艺实现了 中、小型压气机钛合金叶片微余量0. l〇mm)的精密辊锻成形；以及采用真空除氢和调整 叶片组织性能的热处理相结合的工艺，主要工艺流程是：下料，涂玻璃润滑剂；热挤压；打 磨、清理玻璃润滑剂;化铣除污染层;真空再结晶退火;粗加工叶片榫头及转接圆角;温热 辊锻;第二次除玻璃润滑剂及化铣除污染;真空除氢及再结晶退火;校正;第二次退火;精密 机械加工，但该技术处理对象形状较为简单，截面变化小。无法适用于护套的成形。
[0007] 中国专利文献号0附03781588六，公开（公告）日2014.05.07，公开了一种制作用于 加强叶片12的前缘16的加强件30的方法，其中，所述加强件30通过受压热喷涂在所述前缘 16上沉积金属涂层来制作。一种叶片12,特别是涡轮机引擎的叶片，直升机的叶片，或者螺 旋桨的叶片，在其中前缘16受到这样的加强件的保护。但该技术中热喷涂到前缘上的金属 仅受压力40Pa，不能经受超塑性模锻挤压那样压力80~120MPa充分变形，因此有些像铸造 组织那样晶粒粗大，这样护套抗冲击力和耐蚀能力远远不如钛合金的挤压件强度极限〇b = 1200~1500MPa;此外，该技术对喷涂表面处理、设备、填料等都很复杂、繁琐，实施条件要求 苛刻。 【实用新型内容】
[0008] 本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提出一种超细晶粒钛合金护套及其复 合挤压成形模具，先对钛合金TC4晶粒组织做超细化处理，使其超塑性成形温度由900°C降 至|J650°C;然后通过一般热模具钢成形，不必用昂贵的难以机械加工的高温合金做模具，以 大幅度降低成本。用精密模锻方法在保护性气氛中成形薄壁，使其极少机械加工，保护流线 完整流畅，以大幅度提高其抗应力腐蚀能力，其强度也增加20~30%。
[0009] 本实用新型是通过以下技术方案实现的：
[0010] 本实用新型涉及一种超细晶粒钛合金护套及其复合挤压成形模具，包括:上模机 构以及带有模芯的下模机构，其中：下模机构内设有倒梯形空腔，模芯活动设置于空腔内并 正对上模机构；该模芯由两块相同结构且相对设置的半凹模组成，两个半凹模和上模机构 中的凸模构成模具型腔。
[0011] 所述的上模机构包括：由上而下依次固定连接的上模板、上模座以及定位圈，以及 活动设置于定位圈内的凸模，其中：定位圈与上模机构固定连接。
[0012] 所述的凸模的顶端为U形结构或V形结构，分别可以用于正反挤压和弯曲校正处 理。
[0013] 所述的半凹模优选根据凸模顶端的结构不同和工步工件形状不同具有对应的半 凹模尺寸。
[0014] 所述的定位滑道的外部优选设有感应加热器，对应所述的半凹模中设有与之相连 的热电偶，从而实现对毛坯及模具温度的控制。
[0015] 所述的滑动连接通过导柱机构实现。
[0016] 所述的下模机构包括：固定设置于下模座上的模芯固定块和定位滑道，以及活动 设置于模芯固定块和定位滑道之间的两个导套，其中：模芯固定块和定位滑道构成所述倒 梯形空腔，两块相同结构且相对设置的导套正对所述半凹模的底部。
[0017] 所述的导套通过下顶杆驱动并进行向上运动以实现退料。
[0018] 所述的上模座和下模座中优选设有冷却水管。
[0019] 本实用新型涉及上述模具制备得到的超细晶粒钛合金护套，为长条形V形结构，该 护套内腔的曲线形状与叶片外缘相匹配。
[0020] 本实用新型涉及上述超细晶粒钛合金护套的应用，通过高强度粘结剂固定于叶片 上。
[0021 ]技术效果
[0022]与现有技术相比，本实用新型工艺得到的护套壁的成形均匀，在壁部对数变形程 度达到3,力学性能平均提高20~30%。在温度不超过700°C条件下，本实用新型大幅度 地降低了制造零件的成本。
【附图说明】
[0023] 图1为护套超塑性复合挤压模具示意图；
[0024] 图中：a为装配示意图；b~d为模芯工作示意图；1螺钉、2上模板、3定位圈、4感应加 热器、5螺钉、6定位滑道、7销钉、8螺钉、9毛坯、10下顶杆、11凸模、12导销、13半凹模、14通水 上模座、15凹模固定块、16导套、17导柱、18热电偶、19冷却水管、20通水下模座、21垫板、22 护套正挤前缘后半成品、23护套反挤侧壁后半成品。
[0025] 图2为棒材经过变换轴向载荷镦拔示意图；
[0026] 图3为V形结构的凸模的弯曲工步示意图：
[0027]图中：24护套锻件；
[0028]图4为本实用新型成品护套锻件立体示意图。
【具体实施方式】
[0029]本实施例以钛合金T C 4为实施材料，毛坯超细晶粒组织的制备包括要用直径 (P70mm棒料、变换轴向载荷、在逐步降低温度条件下沿着Χ、Υ、Ζ轴方向反复多次镦粗、拔 长，如图2所示，其具体操作步骤如下：
[0030] 采用组分为：5.8~6·5%Α1、3·9~4.2%V、0.12%Fe、<0.15%Si、0.08%C、<