一種多向鍛造製備鈦鋁合金葉片方法與流程
2024-04-14 16:44:05
1.本發明屬於鈦鋁合金熱加工技術領域，具體涉及一種多向鍛造製備鈦鋁合金葉片方法。
背景技術：
2.鈦鋁合金是一種新型輕質高溫結構金屬間化合物，具有高比強度、高比韌度、耐磨、耐蝕、耐高溫以及優異的抗氧化性能廣泛應用於航空發動機及葉片領域，現有的鈦鋁合金葉片主要採用定向凝固、粉末冶金方法進行製造，但是定向凝固、粉末冶金方法存在強度低、塑性差且僅僅用於尺寸較小的零件，採用鍛造的方法，由於該材料熱塑性較差且葉片在鍛造過程中變形量較大，容易出現裂紋等缺陷影響鍛件使用。
技術實現要素：
3.本發明的目的是：提供一種多向鍛造製備鈦鋁合金葉片方法，以有效解決鈦鋁合金葉片在鍛造過程中難成型及開裂的問題。
4.為解決此技術問題，本發明的技術方案是：
5.一種多向鍛造製備鈦鋁合金葉片方法，包括：
6.步驟一：下料、噴砂，根據葉片尺寸計算所需鈦鋁合金坯料所需規格，並對坯料兩端進行倒稜，採用鋼砂拋光去除坯料表面黑皮缺陷，形成第一坯料；
7.步驟二：噴塗，將上述步驟一所述第一坯料置於烘箱中進行加熱，烘箱加熱溫度150～200℃，保溫1～2h，採用水玻璃潤滑劑進行噴塗，確保塗料覆蓋第一坯料所有端面，然後置於烘箱中烘乾，形成第二坯料；
8.步驟三：加熱，將上述步驟二所述的第二坯料置於電阻爐中加熱，加熱溫度：1260～1280℃，加熱係數1.2～1.5min/mm；
9.步驟四：多向預鍛：採用多向鍛造機進行多向鍛造，預鍛模具預熱至200～250℃，在模具型腔內部噴塗石墨潤滑劑，將上述棒料置於預鍛下模中，上模施力下壓，側向採用衝頭進行水平施力壓制，葉片榫頭個數與衝頭個數對應，鍛造至棒料充滿模具型腔；
10.步驟五：終鍛，上述預鍛坯置於電阻爐中加熱，加熱溫度：1260～1280℃，加熱係數1.2～1.5min/mm，將上述預鍛件置於螺旋壓力機，終鍛模具預熱至200～250℃，並噴塗石墨潤滑劑，壓製成鍛件。
11.進一步地，預鍛模具包括上模和下模，模具型腔包括杆部和端頭，杆部對應葉片葉身，端頭對應葉片榫頭。
12.進一步地，葉片榫頭為兩個的情況下，端頭包括左端頭和右端頭，其中左端頭為t型並且t型大端與型腔的杆部連通，t型的小端與左衝頭的尺寸對應，右端頭為圓柱形且尺寸與右衝頭對應。
13.進一步地，端頭與杆部為圓角過渡結構，左、右衝頭形狀為圓柱型，衝頭與端頭的配合間隙為0.4～0.5mm。
14.進一步地，根據葉片葉身形狀確定模具型腔杆部的截面形狀。
15.進一步地，還包括：步驟六：雷射切邊，將鍛造完成的葉片鍛件置於切邊託塊上，在室溫條件下採用光纖雷射切割機進行雷射切邊，切邊託塊為底座為高度不小於10mm、長度寬度不小於鍛件外輪廓尺寸的四方體，採用螺栓固定於設備，上表面為與鍛件下模形狀相同的凹槽，並與邊緣為0.5～1mm的平面。
16.進一步地，步驟五，具體採用1000t螺旋壓力機。
17.進一步地，步驟四，採用20mn多向鍛造機進行多向鍛造。
18.本發明的有益效果是：採用採用多向鍛造方法生產鈦鋁合金葉片，降低鈦鋁合金表面缺陷，且該方法簡單可行，易於操作。
附圖說明
19.附圖1為本發明實施例1預鍛模具圖。
20.附圖2為本發明實施例1葉片鍛件圖。
21.其中，1：下模；2:左衝頭；3：右衝頭。
具體實施方式
22.為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部實施例。基於本發明中的實施例，本領域的普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下，所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
23.相對傳統鍛造的擠杆+頂鍛+預鍛+終鍛的方法，該方法只需通過多向鍛造(預鍛)+終鍛即可生產產品，可有效解決鍛件難成型及合格率低的問題，考慮到該合金在鍛造過程中極易開裂的特點，我們在制定多向預鍛變形工藝時，必須要充分考慮預變形的變形方式、變形溫度範圍及變形程度範圍，否則預鍛方案將無法實施。
24.參照圖1和2，一種多向鍛造製備鈦鋁合金葉片方法，包括：
25.步驟一：下料、噴砂。根據葉片尺寸計算鈦鋁合金坯料所需規格，該規格根據鍛件體積的1.1～1.2倍換算，並對坯料兩端進行倒稜，採用鋼砂拋光去除坯料表面黑皮缺陷，形成第一坯料。
26.步驟二：噴塗。將上述步驟一所述第一坯料置於烘箱中進行加熱，烘箱加熱溫度150～200℃，保溫1～2h，採用水玻璃潤滑劑進行噴塗，確保塗料覆蓋第一坯料所有端面，然後置於烘箱中烘乾，形成第二坯料；
27.步驟三：加熱。將上述步驟二所述的第二坯料置於電阻爐中加熱，加熱溫度：1260～1280℃，加熱係數1.2～1.5min/mm；相對後續終鍛溫度需高出10～30℃，加熱係數需高出10～15％，保證坯料加熱時受熱均勻充分，在多向鍛造機上的鍛造時間較終鍛時間長，較高的鍛造溫度防止終鍛溫度過低導致的開裂等缺陷產生。
28.步驟四：多向鍛造(預鍛)：採用多向鍛造機進行多向鍛造。傳統情況採用的擠杆+頂鍛變形方式，缺點在於部分金屬處於劇烈變形狀態，所受的拉應力會加劇坯料開裂的傾向，不利於後續鍛件的成型。採用帶工裝模具多向鍛造變形方式，優點是三向的金屬均處於壓應力狀態，從而減少坯料劇烈變形後金屬開裂的傾向。模具預熱至200～250℃，在模具型
腔內部噴塗石墨潤滑劑。將上述棒料置於預鍛下模中，上模施力下壓，鍛壓速度為10～20mm/s，坯料實現杆部變形並變形量控制在15％～20％；左、右衝頭水平施力進行壓制，鍛壓速度應設定為30～60mm/s，坯料實現端頭變形並變形量控制在20％～40％。鍛造使坯料充滿模具型腔，終鍛溫度≥800℃，至於架子上自然空冷至室溫。1火成型。其中上下模具杆部型腔橫截面可為圓形、橢圓形、四方形等，上下模具中端頭型腔橫截面可為圓形、橢圓形、四方形等，端頭可為一個或左右各一個，端頭與杆部為圓角過渡結構，左、右衝頭形狀為圓柱型，與上下模型腔尺寸一致，配合間隙為0.4～0.5mm，衝頭長度不小於預鍛端頭至模具邊緣的距離，並設置螺紋與設備連接。
29.步驟五：終鍛。上述預鍛坯置於電阻爐中加熱，加熱溫度：1240～1260℃，加熱係數1～1.2min/mm。該合金容易發生開裂現象，將上述預鍛件置於壓力機等靜壓設備進行，鍛壓速度應設定為5～10mm/s，終鍛溫度≥800℃，可進行多火次預變形，但總計不超過2火次。模具預熱至200～250℃，並噴塗石墨潤滑劑。壓製成鍛件。
30.步驟六：雷射切邊。將鍛造完成的葉片鍛件置於切邊託塊上，在室溫條件下採用光纖雷射切割機進行雷射切邊。雷射切邊切除飛邊，所損耗的材料少，並避免切割過程產生的拉應力而導致開裂。切邊託塊上表面為與鍛件下模形狀相同的凹槽，並與邊緣為0.5～1mm的平面，在保證完全去除毛邊的基礎上避免傷及鍛件本體。
31.經過改變傳統的擠杆+頂鍛+預鍛的變形，採用多向鍛造以及使用壓應力式模具工裝預鍛，可以有效解決原始棒材極易開裂、成型難以及合格率低的問題。
32.實施例1：
33.步驟一：下料、噴砂。根據葉片尺寸計算所需鈦鋁合金坯料所需規格為並對兩端頭進行2
×
45
°
倒稜，採用鋼砂拋光去除坯料表面黑皮缺陷，形成第一坯料。
34.步驟二：噴塗。將上述步驟一所述第一坯料置於烘箱中進行加熱，烘箱加熱溫度150℃，保溫2h，採用水玻璃潤滑劑進行噴塗，確保塗料覆蓋第一坯料所有端面，然後置於烘箱中烘乾，形成第二料；
35.步驟三：加熱。將上述步驟二所述的第二坯料置於電阻爐中加熱，加熱溫度：1260℃，加熱係數1.5min/mm；
36.步驟四：多向鍛造(預鍛)：採用20mn多向鍛造機進行多向鍛造，模具預熱至250℃，在模具型腔內部噴塗石墨潤滑劑。將上述棒料置於預鍛下模中，上模施力下壓，壓力為60bar，左、右衝頭水平施力，壓力為60bar，進行壓制。鍛造至棒料充滿模具型腔。其中上下模具杆部型腔橫截面可為的圓形，上下模具中端頭型腔橫截面可的圓柱形。右端頭為的圓柱形，端頭與杆部為圓柱形，與上下模型腔尺寸一致，配合間隙為0.4mm，左衝頭長度為330mm，右衝頭長度為450mm，並設置螺紋與設備連接，形成預鍛坯。
37.步驟五：終鍛。上述預鍛坯置於電阻爐中加熱，加熱溫度：1260℃，加熱係為1.5min/mm。將上述預鍛件置於1000t螺旋壓力機，模具預熱為250℃，並噴塗石墨潤滑劑。壓製成鍛件。
38.步驟六：雷射切邊。將鍛造完成的葉片鍛件置於切邊託塊上，在室溫條件下採用光纖雷射切割機進行雷射切邊。切邊託塊為底座為高度為15mm、長度寬度不小於鍛件外輪廓
尺寸的四方體，採用螺栓固定於設備，上表面為與鍛件下模形狀相同的凹槽，並與邊緣為1mm的平面。
39.實施例2：
40.步驟一：下料、噴砂。根據葉片尺寸計算所需鈦鋁合金坯料所需規格為並對兩端頭進行2
×
45
°
倒稜，採用鋼砂拋光去除坯料表面黑皮缺陷，形成第一坯料。
41.步驟二：噴塗。將上述步驟一所述第一坯料置於烘箱中進行加熱，烘箱加熱溫度200℃，保溫1.5h，採用水玻璃潤滑劑進行噴塗，確保塗料覆蓋第一坯料所有端面，然後置於烘箱中烘乾，形成第二料；
42.步驟三：加熱。將上述步驟二所述的第二坯料置於電阻爐中加熱，加熱溫度：1280℃，加熱係數1.2min/mm；
43.步驟四：多向鍛造(預鍛)：採用20mn多向鍛造機進行多向鍛造，模具預熱至200℃，在模具型腔內部噴塗石墨潤滑劑。將上述棒料置於預鍛下模中，上模施力下壓，壓力為50bar，左、右衝頭水平施力，壓力為100bar，進行壓制。鍛造至棒料充滿模具型腔。其中上下模具杆部型腔橫截面可為橢圓形，上下模具中端頭型腔橫截面可的圓柱形。右端頭型腔為50
×
10mm的長方體，端頭與杆部為r20mm圓角過渡結構。左衝頭形狀為圓柱型，右衝頭形狀為圓柱型，配合間隙為0.4～0.5mm，左衝頭長度為300mm，右衝頭長度為350mm，設置螺紋與設備連接。
44.步驟五：終鍛。上述預鍛坯置於電阻爐中加熱，加熱溫度：1280℃，加熱係為1min/mm。將上述預鍛件置於1000t螺旋壓力機，模具預熱為200℃，並噴塗石墨潤滑劑。壓製成鍛件。
45.步驟六：雷射切邊。將鍛造完成的葉片鍛件置於切邊託塊上，在室溫條件下採用光纖雷射切割機進行雷射切邊。切邊託塊為底座為高度為20mm、長度寬度不小於鍛件外輪廓尺寸的四方體，採用螺栓固定於設備，上表面為與鍛件下模形狀相同的凹槽，並與邊緣為1mm的平面。
46.最後應該說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可以輕易想到各種等效的修改或者替換，這些修改或者替換都應該涵蓋在本發明的保護範圍之內。