基于耐热合金的发动机涡轮盘优化制造工艺及装置制造方法
【专利摘要】一种发动机零部件制造【技术领域】的基于耐热合金的发动机涡轮盘优化制造工艺及装置，采用GH4145毛坯，经预热后进行一次挤压，然后通过单独对凸模和凹模降温，并进行二次挤压，从而消除了毛坯侧表面形成瘤并制成涡轮盘锻件。使用较为便宜的镍基合金作为模具材质，模具本身采用无飞边槽的闭式结构，不仅降低了模锻力，而且节约了贵金属；相比现有技术必须在真空或惰性气体保护下才能工作，本发明在空气中即可等温模锻出带有双轮毂高质量涡轮盘，在提高贵金属利用率并减少机械加工余量的同时具有批量生产条件。
【专利说明】基于耐热合金的发动机涡轮盘优化制造工艺及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种发动机零部件制造【技术领域】的方法及装置，具体是一种基于耐热合金的发动机涡轮盘优化制造工艺及装置。
【背景技术】
[0002]发动机涡轮盘是燃气轮机最重要、工作条件最恶劣零件之一。涡轮盘一般都用复杂合金化的高性能高温合金中的变形性能最差合金锻造成毛坯，再经机械加工而成零件。这种材料由于含有大量N1、Cr元素，实施机械加工十分困难。目前，对毛坯的锻造一般都是开式模锻，甚至自由锻制坯，因此，锻出的锻件“肥头大耳”，机械加工量巨大，制造成本高居不下，产品质量难以满足航天、航空之需。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于耐热合金的发动机涡轮盘优化制造工艺及装置，使用较为便宜的镍基合金作为模具材质，模具本身采用无飞边槽的闭式结构，不仅降低了模锻力，而且节约了贵金属；打破了现有技术的误区，在同一副预锻和终锻模具中，采用不同温度范围，预锻模具采用1130°C，在终锻时模具温度降到中温900°C，不仅有效消除高温预锻时折叠，而且在空气中即可近似等温模锻出带有双轮毂高质量涡轮盘，相比现有技术必须在真空或惰性气体保护下才能工作苛刻条件，本发明在提高贵金属利用率并减少机械加工余量的同时具有批量生产条件。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0005]本发明涉及一种基于耐热合金的发动机涡轮盘优化制造工艺，包括以下步骤:
[0006]步骤I)采用GH4145高温合金，经过螺旋挤压获得直径为<pl50mm的具有超细晶粒的毛坯。
[0007]步骤2)将经过步骤I螺杆挤压后的毛坯进行喷丸清理以去除氧化皮后，在毛坯表面涂上玻璃润滑剂FR - 4，干燥后按轴向方式置于闭式模锻装置中进行预热，且该闭式模锻装置安装于16MN液压机上。
[0008]所述的闭式模锻装置为无飞边槽的闭式模具，包括:凸模、凹模以及活动设置于凹模中心的圆孔内的顶杆。
[0009]所述的凸模的外表面与凹模的内表面满足当温升到1130°C时仍保持0.1mm的单边间隙，不致凸模卡在凹模内。
[0010]所述的凹模中心与顶杆构成补偿空间，使得挤压过程中多余金属能够流入该补偿空间中，避免闷模并大幅度降低模锻力。
[0011]所述的补偿空间，K为考虑圆钢直径误差以及感应加热毛坯烧损量的补偿系数，K取值为I?3%原始毛坯体积。
[0012]所述的闭式模锻装置可设置于6.3?16MN压力机上，制备得到的涡轮盘毛坯最大直径为φ200?400mm。[0013]所述的闭式模锻装置的外部优选设有气电混合加热装置进行加热，该气电混合加热装置的底部设有滚轮，当不需要加热时，可以方便移离。
[0014]所述的预热过程中，毛坯与凸模和凹模的温度相同。
[0015]步骤3)当毛坯的预热温度达到1130°C时，启动液压机的横梁在空气环境下以10~100mm/s的速度下降，当下降至毛还压下10~20mm位置时,应变速率调整为10_2/s。
[0016]上述应变速率即表示变形的快慢，也即变形速度，单位是I/秒(摘自《金属塑性变形原理》机械工业出版社，1982年)
[0017]步骤4)当完成步骤3)后，将凸模和凹模降温，然后调整应变速率为10_3/s的速度继续下压，从而消除了毛坯侧表面形成瘤并制成涡轮盘锻件。
[0018]所述的降温是指:将凸模和凹模降至相对毛坯温度低150~230°C。
[0019]所述的降温优选通过调整气电混合加热装置的功率实现。
[0020]所述的高温合金是指:GH4145合金，其化学成分如表1所示。
[0021]表1
【权利要求】
1.一种基于耐热合金的发动机涡轮盘优化制造工艺，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I)采用GH4145高温合金，经过螺旋挤压获得直径为CplSOmm的具有超细晶粒的毛还; 步骤2)将经过步骤I螺杆挤压后的毛坯置于闭式模锻装置中进行预热； 步骤3)当毛坯的预热温度达到1130°C时，启动液压机的横梁在空气环境下以10?100mm/s的速度下降，当下降至毛还压下10?20mm位置时,应变速率调整为ICT2?ICT3/s ； 步骤4)当完成步骤3)后，将凸模和凹模降温，然后调整应变速率为10_3/s的速度继续下压，从而消除了毛坯侧表面形成瘤并制成涡轮盘锻件。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征是，步骤2中，毛坯先经喷丸清理以去除氧化皮后，在毛坯表面涂上玻璃润滑剂并干燥后再置于闭式模锻装置中进行预热。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征是，所述的液压机的输出功率为16MN。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征是，所述的降温是指:将凸模和凹模降至相对毛坯温度降低100?150°C。
5.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征是，所述的预热过程中，毛坯与凸模和凹模的温度相同。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征是，步骤I中所述的螺旋挤压具体包括: 1.1)将挤压毛坯制成矩形截面四棱体； 1.2)将内置有步骤1.1)中得到的矩形截面四棱体的螺杆模具设置于液压机上并启动液压机，矩形截面四棱体经由挤压驱动机构推动并通过内部设有螺纹矩形截面通道的凹模机构； 上述步骤1.2由若干个挤压周期组成。
7.根据权利要求6所述的工艺，其特征是，在一个所述的挤压周期中: 1.2.1)矩形截面四棱体经由挤压驱动机构推动从第一腔室位移到第二腔室，柱塞抵达支撑套筒的上平面； 1.2.2)柱塞上行，将带有矩形截面四棱体的凹模机构倒转，然后重复步骤1.2.1)，即到达第一腔室后完成一个挤压周期。
8.一种实现上述任一权利要求所述工艺的闭式模锻装置，其特征在于，该装置为无飞边槽的闭式模具，包括:凸模、凹模以及活动设置于凹模中心的圆孔内的顶杆； 所述的凸模的外表面与凹模的内表面满足当温升到1130°C时仍保持0.1mm的单边间隙。
9.根据权利要求8所述的闭式模锻装置，其特征是，所述的凹模中心与顶杆构成补偿空间，K为考虑圆钢直径误差以及感应加热毛坯烧损量的补偿系数，K取值为I?3%原始毛坯体积，使得挤压过程中多余金属能够流入该补偿空间中以避免闷模并降低模锻力。
10.根据权利要求8所述的闭式模锻装置，其特征是，所述的闭式模锻装置的外部设有气电混合加热装置进行加热。
【文档编号】B23P15/00GK103934397SQ201410203203
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】吴振清 申请人:上海驳原金属材料有限公司