置氫鈦合金鍛造葉片的鍛造工藝的製作方法
2023-05-29 17:26:41 1
專利名稱：置氫鈦合金鍛造葉片的鍛造工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種葉片鍛造工藝。
背景技術：
近年來，隨著新型飛機向輕量化、高性能和低成本的方向發展，對其動力 系統提出了更高的要求。航空發動機是飛機的"心臟"，而葉片是航空發動機 中使用最多的一類零件，在航空發動機中起著能量轉換的關鍵作用。由於航空 發動機葉片運行是在高速、高壓和高溫狀態下，工作條件惡劣，鈦合金由於具 有強度高、耐熱性好和耐腐蝕等優點，被認為是航空發動機葉片製造的理想材 料之一；但是航空發動機鈦合金葉片在鍛造生產中，由於鍛造溫度高，設備載 荷大，模具易變形和磨損，導致葉片的尺寸精度降低，葉片的性能難以保證； 因此，在精鍛鈦合金葉片時，對模具的材料性能和強度要求高，這又增加了模 具的製造成本，從而使鈦合金葉片鍛造的生產成本增加。如何降低鈦合金葉片 的鍛造溫度，提高鈦合金葉片的尺寸精度和改善葉片的性能一直成為鈦合金葉 片鍛造的一大難題。
發明內容
本發明的目的是為解決現有航空發動機上的鈦合金葉片在鍛造生產中，鍛 造溫度高，模具的材料性能要求高及葉片尺寸精度低的問題，提供一種置氫鈦 合金鍛造葉片的鍛造工藝。
本發明的置氫鈦合金葉片坯料的鍛造工藝是通過以下步驟實現的步驟 一、充氫處理將鈦合金葉片坯料經表面用丙酮清洗後，放置在管式置氫爐內， 將爐內抽真空至l(T3Pa，再將爐內升溫至700。C 80(TC，保溫15分鐘，按鈦合 金葉片坯料的重量百分比充入0.1 0.3%的氫氣，充入氫氣的流量為1L/min， 保溫2-4小時，然後將爐內以1(TC/min的速度冷卻至室溫，即得到置氫鈦合 金葉片坯料；步驟二、機械加工將置氫鈦合金葉片坯料進行機械加工成置氫 鈦合金葉片預製坯料；步驟三、第一次吹砂處理對置氫鈦合金葉片預製坯料 表面進行吹砂處理；步驟四、噴塗潤滑劑在置氫鈦合金葉片預製坯料表面噴塗鈦合金玻璃潤滑劑；步驟五、模具預熱將模具放置於轉底式保護氣體電爐 中預熱，預熱溫度為70(TC 80(TC，然後將置氫鈦合金葉片預製坯料裝入預熱 的模具內，再將裝有置氫鈦合金葉片預製坯料的模具移至液壓機上的電阻爐內
升溫至80(TC 94(TC，保溫10 20分鐘，保溫期間溫度波動範圍為士rC;步驟 六、鍛造對置氫鈦合金葉片預製坯料進行鍛造，上模壓下速度為 0.008mm/s 0.1mm/s，直至上、下模具閉合，取出模內置氫鈦合金葉片預製坯 料，即得到置氫鈦合金葉片鍛造坯料；步驟七、去飛邊將置氫鈦合金葉片鍛 造坯料去除飛邊；步驟八、第二次吹砂處理對置氫鈦合金葉片鍛造坯料的表 面進行吹砂處理；步驟九、清洗將步驟八完成的置氫鈦合金葉片鍛造坯料的 表面進行清洗；步驟十、脫氫將步驟九完成的置氫鈦合金葉片鍛造坯料置於 真空熱處理爐內，將爐內溫度升至700 80(TC，保溫5-6小時，葉片隨爐冷卻 至室溫，即得到置氫鈦合金鍛造葉片。
本發明具有以下優點本發明的置氫鈦合金葉片坯料的鍛造工藝是在鈦合 金葉片坯料中添加0.1~0.3%的氫元素，使得置氫鈦合金葉片在鍛造時，能改 善鈦合金葉片的成型性能，降低了鍛造溫度，從而減小模具變形和模具磨損程 度，進而提高了鈦合金葉片的尺寸精度。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式是通過以下步驟實現的步驟一、充氫處理-將鈦合金葉片坯料表面用丙酮清洗後，放置在管式置氫爐內，將爐內抽真空至
10—3Pa，再將爐內升溫至70(TC 80(rC，保溫15分鐘，使鈦合金葉片坯料內外 表面溫度相同，按鈦合金葉片坯料的重量百分比充入0.1~0.3%的氫氣，充入 氫氣的流量為1L/min，保溫2-4小時，然後將爐內以10°C/min的速度冷卻至 室溫，即得到置氫鈦合金葉片坯料；步驟二、機械加工將置氫鈦合金葉片坯 料進行機械加工成置氫鈦合金葉片預製坯料；步驟三、第一次吹砂處理對置 氫鈦合金葉片預製坯料表面進行吹砂處理，以保證潤滑劑能粘附在坯料表面，
步驟四、噴塗潤滑劑在置氫鈦合金葉片預製坯料表面噴塗鈦合金玻璃潤滑劑，
鈦合金玻璃潤滑劑採用北京天力創玻璃科技開發有限公司生產的型號為Ti-5D
的玻璃潤滑劑；步驟五、模具預熱將模具放置於轉底式保護氣體電爐中預熱， 預熱溫度為700°C~800°C，然後將置氫鈦合金葉片預製坯料裝入預熱的模具內，再將裝有置氫鈦合金葉片預製坯料的模具移至液壓機上的電阻爐內升溫至
800°C~94(TC，保溫10 20分鐘，保溫期間溫度波動範圍為士rC，液壓機採用 天津鍛壓工具機廠生產的型號為6300KN的四柱式液壓機；步驟六、鍛造對置 氫鈦合金葉片預製坯料進行鍛造，上模壓下速度為0.008mm/s 0.1mm/s，直至 上、下模具閉合，取出模內置氫鈦合金葉片預製坯料，即得到置氫鈦合金葉片 鍛造坯料；步驟七、去飛邊將置氫鈦合金葉片鍛造坯料去除飛邊；步驟八、 第二次吹砂處理對置氫鈦合金葉片鍛造坯料的表面進行吹砂處理，以清除氧 化皮和殘留玻璃潤滑劑；步驟九、清洗將步驟八完成的置氫鈦合金葉片鍛造 坯料的表面進行清洗，以防止後續的真空除氫處理汙染真空爐；步驟十、脫氫 將步驟九完成的置氫鈦合金葉片鍛造坯料置於真空熱處理爐內，將爐內溫度升 至700 800"C，保溫5-6小時，葉片隨爐冷卻至室溫，即得到置氫鈦合金鍛造 葉片。步驟一中的管式置氫爐為北京航空製造工程研究所自行研製的管式置氫 爐；步驟十的真空熱處理除氫，使得氫含量控制在安全範圍內。置氫鈦合金葉 片坯料與以往鈦合金葉片坯料相比，置氫鈦合金葉片坯料的鍛造溫度低，模具 變形和模磨損的程度小，因此，提高了鈦合金葉片的尺寸精度，改善了鈦合金 葉片的組織性能。
具體實施方式
二本實施方式的步驟一中按鈦合金葉片坯料重量百分比充 入0.25%的氫氣，步驟五中裝有置氫鈦合金葉片預製坯料的模具在液壓機上的 電阻爐內升溫應為800 900。C範圍內。置氫鈦合金鍛造葉片的氫含量為0.25% 時，所需鍛造溫度較低，且置氫鈦合金鍛造葉片的組織性能最佳。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式的步驟七中鍛造溫度為80(TC時，上模壓下 速度為0.008mm/s。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式的步驟七中鍛造溫度為850'C時，上模壓下 速度為0.014mm/s。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式的步驟七中鍛造溫度為940。C時，上模壓下 速度為0.1mm/s。其它步驟與具體實施方式
一相同。
本發明的應用實例 一、首先將016x25mm的TC4鈦合金葉片圓柱坯料 表面經丙酮清洗，放置在北京航空製造工程研究所自行研製的管式置氫爐內，抽真空至l(^Pa，將爐內升溫至75(TC，保溫15分鐘，使鈦合金葉片坯料內外 表面溫度相同，按鈦合金葉片圓柱坯料重量百分比充入0.25%的氫氣，充入氫 氣的流量為1L/min，保溫2-4小時後，將爐內以10°C/min的速度冷卻至室溫， 即得到含氫量為0.25%的置氫鈦合金葉片坯料；二、置氫後鈦合金葉片坯料經 機械加工成預製坯料，三、對預製坯料表面進行吹砂處理，在置氫鈦合金葉片 預製坯料表面噴塗北京天力創牌Ti-5D玻璃潤滑劑；四、將模具放置在功率為 80KW的轉底式保護氣體電爐中預熱，預熱溫度達75(TC，將置氫鈦合金葉片 預製坯料裝入預熱後的模具內，將預熱後的模具和坯料一起移至液壓機上的電
阻爐內升溫至85o'c，保溫i5分鐘，保溫期間溫度波動範圍為士rc;五、利
用天津鍛壓工具機廠生產的型號為6300KN的四柱式液壓機對置氫鈦合金葉片 預製坯料進行鍛造，上模壓下速度為0.01mm/s，直至上、下模具閉合，取出 模內置氫鈦合金葉片預製坯料，即得到置氫鈦合金葉片鍛造坯料；六、將置氫 鈦合金葉片鍛造坯料切邊，對置氫鈦合金葉片鍛造坯料的表面進行吹砂和清 洗；七、將上述完成的置氫鈦合金葉片鍛造坯料置於真空熱處理爐內，將爐內 溫度升至75(TC，保溫5小時，葉片隨爐冷卻至室溫，即得到置氫鈦合金鍛造 葉片，八、經精密機械加工後獲置氫鈦合金鍛造葉片零件圖。
上述實例中的步驟五中，(1)、鍛造溫度為SO(TC、上模壓下速度為 0.008mm/s時，置氫鈦合金葉片鍛造所需最大載荷比未置氫鈦合金降低40%左 右，所獲得的置氫鈦合金鍛造葉片的型面尺寸誤差相對未置氫鈦合金葉片型面 尺寸誤差較小，使得置氫鈦合金鍛造葉片的尺寸精度得到提高；(2)、鍛造溫 度為850°C、上模壓下速度分別為0.014mm/s和O.lmm/s條件下，置氫鈦合金 葉片鍛造所需最大載荷比未置氫鈦合金降低35%左右,所獲得的置氫鈦合金葉 片鍛造坯料的型面尺寸均優於未置氫鈦合金葉片，即置氫鈦合金葉片鍛造坯料 的尺寸精度得到了提高；(3)、鍛造溫度為常規鍛造溫度下，即94(TC時，置 氫鈦合金葉片鍛造所需最大載荷比未置氫鈦合金降低15%左右，且置氫、鈦合金 葉片型面與未置氫鈦合金葉片型面尺寸變化不大，說明置氫鈦合金不宜選擇與 未置氫鈦合金一樣的常規鍛造工藝參數；(4)、在上模壓下速度分別為 0.014mm/s和O.lmm/s條件下，置氫鈦合金葉片比未置氫鈦合金葉片鍛造溫度 低約9(TC時，得到的置氫鈦合金葉片尺寸精度與未置氫鈦合金葉片尺寸精度
7相同，此時，葉片鍛造所需載荷減少了20%~30%。
通過上述實例可明顯的看出置氫鈦合金鍛造葉片的始鍛溫度在
800°C~850°C，相同鍛造工藝參數下，置氫鈦合金鍛造葉片型面尺寸優於未置 氫葉片，且葉片鍛造所需載荷減少約30%，說明置氫鈦合金葉片鍛造不僅可以 有效地降低鈦合金葉片鍛造對鍛造溫度、設備噸位及模具材料和性能的要求， 而且可以提高鈦合金葉片的尺寸精度。
權利要求
1、一種置氫鈦合金鍛造葉片的鍛造工藝，其特徵在於所述工藝是通過以下步驟實現的步驟一、充氫處理將鈦合金葉片坯料表面用丙酮清洗後，放置在管式置氫爐內，將爐內抽真空至10-3Pa，再將爐內升溫至700℃～800℃，保溫15分鐘，按鈦合金葉片坯料的重量百分比充入0.1～0.3％的氫氣，充入氫氣的流量為1L/min，保溫2-4小時，然後將爐內以10℃/min的速度冷卻至室溫，即得到置氫鈦合金葉片坯料；步驟二、機械加工將置氫鈦合金葉片坯料進行機械加工成置氫鈦合金葉片預製坯料；步驟三、第一次吹砂處理對置氫鈦合金葉片預製坯料表面進行吹砂處理；步驟四、噴塗潤滑劑在置氫鈦合金葉片預製坯料表面噴塗鈦合金玻璃潤滑劑；步驟五、模具預熱將模具放置於轉底式保護氣體電爐中預熱，預熱溫度為700℃～800℃，然後將置氫鈦合金葉片預製坯料裝入預熱的模具內，再將裝有置氫鈦合金葉片預製坯料的模具移至液壓機上的電阻爐內升溫至800℃～940℃，保溫10～20分鐘，保溫期間溫度波動範圍為±1℃；步驟六、鍛造對置氫鈦合金葉片預製坯料進行鍛造，上模壓下速度為0.008mm/s～0.1mm/s，直至上、下模具閉合，取出模內置氫鈦合金葉片預製坯料，即得到置氫鈦合金葉片鍛造坯料；步驟七、去飛邊將置氫鈦合金葉片鍛造坯料去除飛邊；步驟八、第二次吹砂處理對置氫鈦合金葉片鍛造坯料的表面進行吹砂處理；步驟九、清洗將步驟八完成的置氫鈦合金葉片鍛造坯料的表面進行清洗；步驟十、脫氫將步驟九完成的置氫鈦合金葉片鍛造坯料置於真空熱處理爐內，將爐內溫度升至700～800℃，保溫5-6小時，葉片隨爐冷卻至室溫，即得到置氫鈦合金鍛造葉片。
2、 根據權利要求1所述置氫鈦合金鍛造葉片的鍛造工藝，其特徵在於步驟一中按鈦合金葉片坯料重量百分比充入0.25%的氫氣，步驟五中裝有置氫鈦合金葉片預製坯料的模具在液壓機上的電阻爐內升溫應為800 90(TC範圍內。
3、 根據權利要求1所述置氫鈦合金鍛造葉片的鍛造工藝，其特徵在於步驟七中鍛造溫度為80(TC時，上模壓下速度為0.008mm/s。
4、 根據權利要求1所述置氫鈦合金鍛造葉片的鍛造工藝，其特徵在於步驟七中鍛造溫度為85(TC時，上模壓下速度為0.014mm/s。
5、根據權利要求1所述置氫鈦合金鍛造葉片的鍛造工藝，其特徵在於-步驟七中鍛造溫度為94(TC時，上模壓下速度為0.1mm/s。
全文摘要
置氫鈦合金鍛造葉片的鍛造工藝，它涉及一種葉片鍛造工藝。本發明為解決現有航空發動機上的鈦合金葉片在鍛造生產中，鍛造溫度高，模具的材料性能要求高及葉片尺寸精度低的問題。工藝一、對鈦合金葉片坯料充氫；二、將置氫鈦合金葉片坯料加工成置氫鈦合金葉片預製坯料；三、第一次吹砂處理；四、噴塗潤滑劑；五、將置氫鈦合金葉片預製坯料裝入預熱的模具內；六、鍛造，得到置氫鈦合金葉片鍛造坯料；七、去飛邊；八、第二次吹砂處理；九、清洗；十、脫氫，即得到置氫鈦合金鍛造葉片。本發明在鈦合金葉片坯料中充入氫元素，使得置氫鈦合金葉片在鍛造時，能降低鍛造溫度，從而減小模具變形和模具磨損程度，進而提高了鈦合金葉片的尺寸精度。
文檔編號B21K3/04GK101648254SQ20091007275
公開日2010年2月17日 申請日期2009年8月28日 優先權日2009年8月28日
發明者單德彬, 宗影影, 羅永勝, 陰中煒, 陸廷府 申請人:哈爾濱工業大學