专利名称：采用硅碳棒加热方式的钛合金汽轮机叶片超塑性成形方法
技术领域：
本发明涉及一种超塑性成形的方法，特别是涉及一种采用硅碳棒加热方式的钛合金汽轮机叶片超塑性成形方法。
背景技术：
钛合金比强度大，耐蚀性好，断裂韧性、疲劳强度、低温韧性、高温性能具佳。由于具有优良的性能，一直受到航空航天等尖端领域的青睐。与许多优良性能同时存在是热加工性能差，这是钛合金困扰国内外制造业的难题。超塑性成形就是国内外解决钛合金热加工性能差的有效手段。该热加工方法可参考公开号为CN1048994的中国发明专利申请文件公开了一种大型汽轮机钛合金长叶片的精锻工艺及装置。该专利申请的技术方案采用全封闭、单边间隙、深止动扣的模具结构，工艺上采用在相变点以下20°C加热的近β锻造，并在粗锻和精锻之间采用中间切步工步，在最终热处理后，在模内进行低于热处理退火温度 20°C加热的低温保压校正。一般来说等温锻所用的加热方式有三种一个是感应加热，这种方法温度控制精确加热速度快，但缺点是设备较贵、装备较复杂，不适合批量生产；二是电阻加热，装置简单易制造，但在100(TC上下工作寿命较短；三是硅碳棒加热，这种方式较为经济，在高温区(1300°C )工作寿命较长，但较脆。由于应力-应变速率与温度有很密切的关系，一般来说在应力一定时，随着温度的提高，应变速率提高；而在一定时，温度提高，应力下降。对于超塑成形来说，人们对低应力和高应变速率很重视的，所以采用的是以调整速度来调整压力，其结果是锻造压力大、锻造振动大、锻件余量大、材料利用率低，还会造成硅碳棒断裂。虽然从基本情况出发，发展超塑性成形工艺并采用硅碳棒作为加热元源件，是比较合理的选择。但为了减少锻造的振动必须以低速度压制零件。而普通压机又达不到这样低的速度，必须定制特殊的压机以满足低的变形速度，这样的结果设备造价高、但恒变形速度仍达不到恒应变速率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种采用硅碳棒加热方式的钛合金汽轮机叶片超塑性成形方法，其通过改变现有以速度优先的锻造方法，而采用以压力优先的锻造方法， 使锻造的速度根据材料组织的变化而进行自适应调整，又解决锻造振动造成硅碳棒断裂的问题。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种采用硅碳棒加热方式的钛合金汽轮机叶片超塑性成形方法，包括步骤制坯；
坯料加热至80°C后喷涂润滑剂；
坯料和模具加热至930 950°C后坯料入模；
模具以一恒定的成形压力和自适应速度对坯料进行压制；
出模；
矫形并完成叶片锻件成形；其中，所述自适应速度为坯料材料组织的函数。具体地，所述模具加热至930°C的时间为10小时。所述成形压力为150吨。所述保压的时间为5 8分钟。由于采用压力优先，通过坯料自身组织来调整速率。当模具和坯料满足超塑性条件时，施以该条件时的压力并保压；该压力压得动时，坯料以适宜的变形速率变形，压不动时，坯料停止变形；同时，在超塑性条件下，坯料内部组织动态再结晶达到一个新的平衡后以开始以适宜的速率变形，最后达到设计要求。采用该方法无需定制特殊的设备，并能达到适合坯料变形的最佳速率。由于速度是自调节的，比起其他的等温成形，振动要小很多，使得硅碳棒易碎的缺点得以大大改善。
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图1为本发明的工艺步骤示意图。图2为温度对坯料材料应力-应变速率的影响关系图。
具体实施例方式参见图1，一种采用硅碳棒加热方式的钛合金汽轮机叶片超塑性成形方法，包括以下步骤制坯；
坯料加热至80°C后喷涂润滑剂；
坯料和模具加热至930 950°C后坯料入模；
模具以一恒定的成形压力和自适应速度对坯料进行压制；
出模；
矫形并完成叶片锻件成形。将制好的坯料进行预加热至80°C后喷涂TI5玻璃润滑剂，放入并与模具一起在加热炉中以硅碳棒为加热元件进行加热，加热持续温度为10小时，加热到930°C后，使模具的上模下行，并以150吨的恒定压力对坯料进行压制。在压制成形过程中，保持锻压机的压力不变，坯料的变形速率根据坯料内组织结构的变化而自动适应。材料的应力-应变速率与温度有很密切的关系，一般来说在应力一定时，随着温度的提高，应变速率提高。对于超塑成形来说，人们对低应力和高应变速率很重视的。从这点来说似乎温度越高越有利，但事实并不尽然。参见图2，在图中看到，应力随着温度升高而下降，在930°C时应力达到一个极小值。在950°C时应力反而会上升。所以，当模具和坯料都处于超塑条件时，坯料就按适宜的变形速率变形，当压不动时，坯料停止变形并处于一个保压阶段；该阶段时间总计约为5 8分钟。同时，坯料在超塑性条件下，其内部组织通过动态再结晶达到一个新的平衡，再开始以适宜的速率变形，经过多次循环，达到设计要求并出模。最后，通过矫形最终得到合格的钛合金汽轮机叶片的成形件。
权利要求
1.一种采用硅碳棒加热方式的钛合金汽轮机叶片超塑性成形方法，其特征在于包括步骤制坯；坯料加热至80°c后喷涂润滑剂；坯料和模具加热至930 950°C后坯料入模；模具以一恒定的成形压力和自适应速度对坯料进行压制；出模；矫形并完成叶片锻件成形；其中，所述自适应速度为成形压力和坯料材料组织的函数。
2.根据权利要求1所述的超塑性成形方法，其特征在于所述模具加热至930°C的时间为10小时。
3.根据权利要求1或2所述的超塑性成形方法，其特征在于所述成形压力为150吨。
4.根据权利要求1或2所述的超塑性成形方法，其特征在于所述保压的时间为5 8 分钟。
5.根据权利要求3所述的超塑性成形方法，其特征在于所述保压的时间为5 8分钟。
全文摘要
本发明公开了一种采用硅碳棒加热方式的钛合金汽轮机叶片超塑性成形方法，包括制坯、坯料加热至80℃后喷涂润滑剂、坯料和模具加热至930～950℃后坯料入模、模具以一恒定的成形压力和自适应速度对坯料进行压制、出模和矫形并完成叶片锻件成形步骤；其中，自适应速度为成形压力和坯料材料组织的函数。采用压力优先，通过锻件自身组织来调整速率。当满足超塑性条件时，模具施以该条件时的压力并保压；压得动时，锻件以适宜的变形速率变形，压不动时，锻件停止变形；同时，在超塑性条件下，锻件内部组织动态再结晶达到一个新的平衡后以开始以适宜的速率变形，最后达到设计要求。采用该方法无需定制特殊的设备并能达到适合锻件变形的最佳速率且振动小。
文档编号B21K3/04GK102397977SQ20111032596
公开日2012年4月4日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者冯泽舟, 冯艳玲, 王志科, 计亚平, 许岚, 陆辛, 鲍捷 申请人:机械科学研究院浙江分院有限公司