TC17钛合金叶片等温β锻的锻造方法与流程

本发明属于锻造技术领域，涉及TC17钛合金叶片等温β锻的锻造方法。

背景技术：

TC17合金是一种富β稳定元素的α-β型两相钛合金，其名义成分为Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr，主要用于制造要求高强度的、大截面的航空发动机风扇盘、压气机盘、轴、离心叶轮和直升机桨榖、盘片整体件等转动零部件，淬透厚度达150mm。该合金既可以在β区变形，也可以在α+β区变形，并随后进行相应的热处理。通过热处理可以调整强度、塑性和韧性的匹配。与通用的两相钛合金相比有更高的强度、淬透性和抗蠕变能力；与β钛合金相比有低的密度和高的弹性模量、抗蠕变能力。同时，该合金能采用各种焊接方式进行焊接。

本锻造方法在一定程度上可以弥补目前TC17整体叶盘锻造对工艺要求高的问题。TC17整体叶盘锻造工艺要求高，锻件在机械加工环节中，对机械加工要求极高。如果机在加工叶片时，由于加工失误，就造成整个叶盘锻件报废，费时费力，经济费用高。现采用轮盘与叶片分离的锻造方式，叶片与压气机整体叶盘采用相同的等温β锻造方法，无论是锻造成形难度、还是对后续加工都有极大的帮助。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：目前TC17整体叶盘锻造对工艺要求高的问题。

本发明的技术方案是：TC17钛合金叶片等温β锻的锻造方法，包括如下步骤：

步骤1：根据需要，切取相应长度的钛合金棒材料段，棱角倒圆角r，根据料段直径尺寸大小，选r＝10～25mm；

步骤2：将步骤1料段加热并保温，由自由锻锤进行局部镦粗和拔长锻造，最终锻至T型荒坯，每个方向的变形量达到25％以上；

步骤3：将步骤2的荒坯加热并保温，模锻锤分两火进行模锻，并保证每火次的变形量为30～40％，进行冷却；

步骤4：将等温锻K3型模进行加热：以电炉功率为10％～20％的速率升温至200℃保温300min,以电炉功率为20％～30％的速率升温至400℃保温180min,然后以电炉功率为40％的速率升温至600℃保温240min,再以电炉功率为60％～70％的速率升温至 750℃保温300min,最后以电炉功率为90％～100％的速率升温至相变点下40℃保温300min；

步骤5：将预锻件按规定喷涂的要求喷涂后再进行加热保温，随后由等温锻设备进行等温β锻造，保证叶片榫头部位的变形量为40％以上，叶片型面部分变形量为50％～75％，最后进行冷却；

步骤6：叶片锻件热处理后，由专用测具和样板进行检测，再进行探伤，最后完成锻造。

本发明有益效果是：

在等温条件下研究了线性摩擦焊风扇整体叶盘用TC17叶片锻件等温β锻造方法。通过等温锻造设备严格控制锻造温度和叶片整体的变形量分布，可以得到均匀的网篮组织，并且原始β晶界破碎，α相的形貌和尺寸均符合要求；通过等温锻造的模具设计，可以保证模具型腔的填充性，同时保证叶片外形尺寸；由于叶片与轮盘的分离式锻造，使得直接锻造叶片的总体经济性要好，而且叶片具有可替换性。

附图说明

图1为荒坯的结构示意图。

图2为预锻荒型的结构示意图。

具体实施方式

1.前期基础研究

在计算机模拟仿真的基础上，分别研究坯料不同几何参数和工艺参数配合下的实际生产试验结果。不同的几何参数和工艺参数有：绝对变形量；相对变形量；保温时间；锻压速度，并且在锻压过程中可以进行混合使用，冷却方式。

2.预制坯尺寸、形状设计

在确定了基本锻造参数的基础上，可以通过计算机模拟技术来设计和调整预制坯尺寸和形状。

3.钛合金叶片等温模锻

根据工厂关于等温锻造的模具设计手册以及叶片锻造的特点，合理设计等温锻模具。

4.钛合金叶片等温锻件的热处理工艺的制定

对于叶片的等温锻造的热处理方案，鉴于与以前生产方式的比较，此处还是采用标准规定的热处理工艺规范。

具体锻造步骤如下所示：

1.下料：

1.1设备：锯床

1.2标刻：熔炼炉号(或代号)

1.3打磨：磨去毛料表面缺陷及端面毛刺，

检验：检测工具：卷尺或卡尺、R规

检测内容：检查坯料表面质量、标刻内容，测量下料实际尺寸

2.坯料机加：车床

2.1倒角：棒料两端面倒角R8～R10

检验：检测工具：R规

检测内容：检查倒角质量

3.制坯：

3.1加热：电炉应符合GJB904AⅢ及以上的要求

3.1.1加热技术要求

1)加热规范：加热温度为相变点下40℃，保温时间105分钟(保温系数：0.6～0.8mm/min)。

按附图1荒形尺寸锻造

L1、L2——荒型端部长、宽尺寸，尺寸分别控制在为150～170mm、120～130mm范围内；

L3——荒型总长度为260～275mm；

L4——荒型杆部长度(205～215mm)；

L5——荒型杆部直径

R1、R2——荒型过渡圆角半径(分别控制在：R20、R5)。

3.2.1锻造技术要求：

1)转移时间30秒

2)终锻温度≥750℃

3)允许2火内完成

3.3冷却：空冷

3.4标刻：熔炼炉号(或代号)、锭节号

3.5吹砂：清除荒形表面污物。

3.6打磨：排除表面缺陷并光滑过渡，打磨宽深比大于6

检验：检测工具：卡尺、卷尺

检测内容：锻件荒形尺寸、标刻内容

4.预锻：

4.1喷涂防护润滑剂：将干净坯料置于100～150℃的电炉中预热10～20分钟，出炉喷涂润滑剂。涂层要均匀，涂后标刻原有标记。

润滑剂：FR35。

4.2加热设备：电炉4.2.1加热技术要求：

1)坯料加热规范：加热温度为相变点下40℃，保温时间90分钟，第二火次保温60分钟(保温系数：0.6～0.8mm/min)

2)其余同工序3.1.2

4.3锻造：5T模锻锤

模具预热200℃～350℃，预热时间≥12小时，

模具润滑：机油+石墨或石墨乳

模锻时，注意调整荒形的摆放位置

4.3.1锻造技术要求

4.3.1.2转移时间≤30秒。

4.3.1.3锻造时坯料应放正，先轻击1～3锤，然后重击。

4.3.1.4锻造过程中，如发现折叠、裂纹等缺陷，应立即停锻，排伤。

4.3.2终锻温度＞750℃

4.3.3锻造火次分为两火锻造，第一火是荒坯定位同时留有欠压40～50mm量，第二火锻造至附图2形状及尺寸

注：叶型采用专用数据，其与榫头一周过渡的R控制位20～30mm,榫头锻造至L6(175～180mm)、L7(100～110mm)及L8(50～60mm)

L6、L7、L8——叶片预锻荒型榫头部分的长、宽、高方向尺寸；

4.4冷却：空冷

4.5标刻：熔炼炉号、锭节号

4.6铣毛边：火次间要求机加去除毛边，残留毛边3～5mm；最终火次残留毛边≤2mm。

4.7吹砂：去除锻件表面污物

4.8打磨：排除表面缺陷

检验：检测工具：卡尺、卷尺

检测内容：根据预锻模热锻件图检查锻件尺寸、标刻内容

5坯料表面清理：

5.1吹砂：清理干净坯料表面污渍，以利于缺陷的发现；

5.2打磨：排除锻坯表面裂纹等缺陷

检验：检查坯料表面质量

6.坯料喷涂

6.1预热：将坯料放入300±50℃的电炉中预热保温5～8min

6.2喷涂：选用FR35对坯料表面进行喷涂或刷涂，涂层应均匀，涂层厚度0.2～0.3mm

6.3标识：恢复锭节号、炉代号

检验：检查坯料表面喷涂润滑剂质量及标识

7等温模锻

7.1模具安装及加热：模具加热时在上、下模之间加放数显表监测炉温

1)模具采用专用等温锻K3型模。

2)模具加热设备：电炉

3)以电炉功率为10％～20％的速率升温至200℃保温300min,以电炉功率为20％～30％的速率升温至400℃保温180min,然后以电炉功率为40％的速率升温至600℃保温240min,再以电炉功率为60％～70％的速率升温至750℃保温300min,最后以电炉功率为90％～100％的速率升温至相变点下40℃保温300min。

7.2坯料加热

7.2.1加热技术要求

1)坯料加热规范：加热温度为相变点上30℃，保温时间60分钟(保温系数：0.6～0.8mm/min)

2)加热过程采用巡检仪或数显表检测炉温，并根据此温度调节炉温(调整范围±5℃)

3)加热时坯料底部加垫耐火砖使坯料与炉底分开。

7.3等温模锻：10000t油压机

7.3.1锻造技术要求

1)转移过程用高温棉覆盖坯料，转移时间≤30s

2)锻压最大压力设定：2000t；锻件下压量约为50mm，前40mm，速度按0.1mm/s控制，后10mm，速度按0.05mm/s控制；

3)一火完成

7.4标刻：锭节号、炉代号

7.5锻后冷却：散开空冷(必须采用专用冷却支架使叶片处于竖立状态进行冷却)

7.6机加毛边：机加去除锻件毛边，允许残余毛边≤5mm

7.7吹砂、打磨：排除锻坯表面缺陷

检验：检测工具：钢板尺、卡钳

检测内容：锻件最终尺寸、加热温度、标刻内容

8.热处理：按热处理专用工艺及技术协议执行(装炉时，必须采用专用支架使叶片处于竖立状态)；

9.理化：理化项目：化学成分、力学性能、高倍组织、低倍组织；

10.抛光：进行抛光；

11检验：用专用量具按锻件交付图测量尺寸；

12探伤：按技术协议要求进行探伤；

13终检：按锻件图及技术条件验收；

14入库。