一種製備航空發動機機匣的方法
2023-05-15 23:01:46 2
專利名稱：一種製備航空發動機機匣的方法
技術領域：
一種製備航空發動機機匣的方法，涉及一種採用近尺寸熱成型方法製備航空發動機機匣的工藝過程。
背景技術：
航空發動機機匣形狀為環形，環件軸向剖面外壁形狀通常為「凹」字型。大量該類環件是採用TA7鈦合金(名義成分Ti-5Al-2.5Sn)製造的，該合金具有較高的熱強性，中等的室溫強度，可焊性和耐腐蝕性良好，大量應用製造航空發動機機匣等非轉動部件。但合金仍存在熱加工及冷加工工藝塑性差，加工過程表面易開裂，加工窗口狹窄等問題，成形困難較大。目前現有生產航空發動機機匣工藝中，絕大多數採用鍛造法製備環坯，而後採用鍛造法或軋製法將環坯製備為留有一定加工餘量的直環坯，退火後，異型環件的內圓、兩端面、尤其是「凹」字型外圓均需採用機加工方法成型，即加工工藝流程如下
該類加工方法存在工序複雜、金屬車削損失量大、材料利用率低及生產效率低和生產成本高以及凹槽部位加工流線被切斷，使加工件性能受影響等問題。
發明內容
本發明的目的就是針對上述已有技術存在的不足，提供一種能有效避免加工過程表面易開裂，加工窗口狹窄問題，有效提高加工效率和成材率、降低加工成本、有效提高產品質量和性能的製備航空發動機機匣的方法。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的。
一種製備航空發動機機匣的方法，其特徵在於其製備過程採用重量百分比組成為Al4.3％-6.0％，Sn2.0％-3.0％，Fe0.2％-0.8％，餘量為Ti和不可避免的雜質的環型合金坯進行周向旋轉變形軋制的。
本發明的一種製備航空發動機機匣的方法，其特徵在於其周向旋轉變形軋制過程的工模具的型輥為外柱面帶有與航空發動機機匣外壁凹型結構相配合的「凸」型結構、芯輥為直輥。
本發明的一種製備航空發動機機匣的方法，其特徵在於其周向旋轉變形軋制過程先將環型合金坯加熱至相變點以下30～80℃，再進行周向旋轉變形軋制。
本發明的一種製備航空發動機機匣的方法，其特徵在於一火次將直環坯軋制為異型環，軋制變形率為20％～40％。
由於航空發動機機匣通常採用的TA7合金製備。由於TA7合金為d型鈦合金，晶體結構為密排六方，僅有3個滑移系，因此存在變形抗力大，塑性差的不足。本發明的方法，採用的合金，增加了合金元素Fe，使合金具有近d型鈦合金的一些特性，即使合金產生一定數量的β相，而β相為體心立方結構，有12個滑移系，利於金屬變形，合金的熱加工及冷加工工藝塑性均優於TA7，有效地避免了熱加工及冷加工過程開裂，且加工窗口較寬，同時成品加工材的塑性優於TA7合金。
本發明的一種製備航空發動機機匣的方法，採用外柱面帶有與航空發動機機匣外壁凹型結構相配合的「凸」型結構的型輥和為芯輥進行周向旋轉變形軋制，成形的異型環材與成品尺寸相近，外表面只需噴砂即可成為成品表面，避免了加工流線被切斷，同時減少了機械加工量，節約了昂貴的原材料；成形後的環材表面質量良好，加工高效率、高成材率、低成本、高質量、性能良好的直接熱軋加工Ti-5Al-2.5Sn-0.5Fe鈦合金異型環件的近尺寸成型方法，滿足航空前機匣用件技術要求。
圖1為本發明的方法採用的型輥、芯輥和環型合金坯的結構和位置示意圖。
具體實施例方式 一種製備航空發動機機匣的方法，其製備過程採用重量百分比組成為Al4.3％-6.0％，Sn2.0％-3.0％，Fe0.2％-0.8％，餘量為Ti和不可避免的雜質的(名義成分為Ti-5Al-2.5Sn-0.5Fe)環型合金坯進行周向旋轉變形軋制的。
軋制過程將環坯在電爐中加熱至相變點以下30～80℃，而後在環材軋機上採用一套設計的專用工模具，即一個「凸」字型型輥1、一個芯輥2(直輥)，一對端面錐輥對環坯3實施周向旋轉軋制變形，變形率為20～40％。軋製成型的環坯退火後，經內圓及兩端面機加、異型外圓噴砂的方法加工為成品環件。
實施例1 將主元素含量為Al 4.6％、Sn 2.9％、Fe 0.62％的Ti-5Al-2.5Sn-0.5Fe合金環坯在電爐中加熱至相變點以下30℃，而後在環材軋機上採用圖1所示專用工模具系統進行軋制變形，變形率為40％。加工過程顯示材料塑性較好，未產生軋制開裂。異型環坯退火後，經內圓及兩端面機加、異型外圓噴砂的方法加工為成品環件。成品環件力學性能測試結果見表1。
表1
實施例2 將主元素含量為Al 5.0％、Sn 2.4％、Fe 0.51％的Ti-5Al-2.5Sn-0.5Fe合金環坯在電爐中加熱至相變點以下60℃，而後在環材軋機上採用圖1所示專用工模具系統進行軋制變形，變形率為30％。加工過程顯示材料塑性較好，未產生軋制開裂。異型環坯退火後，經內圓及兩端面機加、異型外圓噴砂的方法加工為成品環件。成品環件力學性能測試結果見表2。
實施例3 將主元素含量為Al 5.4％、Sn 2.3％、Fe 0.40％的Ti-5Al-2.5Sn-0.5Fe合金環坯在電爐中加熱至相變點以下80℃，而後在環材軋機上採用圖1所示專用工模具系統進行軋制變形，變形率為20％。加工過程顯示材料塑性較好，未產生軋制開裂。異型環坯退火後，經內圓及兩端面機加、異型外圓噴砂的方法加工為成品環件。測試結果見表3。
實施例4 將主元素含量為Al 5.8％、Sn 2.8％、Fe 0.75％的Ti-5Al-2.5Sn-0.5Fe合金環坯在電爐中加熱至相變點以下40℃，而後在環材軋機上採用圖1所示專用工模具系統進行軋制變形，變形率為30％。加工過程顯示材料塑性較好，未產生軋制開裂。異型環坯退火後，經內圓及兩端面機加、異型外圓噴砂的方法加工為成品環件。測試結果見表4。
表4
實施例5 將主元素含量為Al 4.5％、Sn 2.3％、Fe 0.24％的Ti-5Al-2.5Sn-0.5Fe合金環坯在電爐中加熱至相變點以下50℃，而後在環材軋機上採用圖1所示專用工模具系統進行軋制變形，變形率為40％。加工過程顯示材料塑性較好，未產生軋制開裂。異型環坯退火後，經內圓及兩端面機加、異型外圓噴砂的方法加工為成品環件。測試結果見表5。
表5各實施實例性能檢驗結果
權利要求
1.一種製備航空發動機機匣的方法，其特徵在於其製備過程採用重量百分比組成為Al4.3％-6.0％，Sn2.0％-3.0％，Fe0.2％-0.8％，餘量為Ti和不可避免的雜質的環型合金坯進行周向旋轉變形軋制的。
2.根據權利要求1所述的一種製備航空發動機機匣的方法，其特徵在於其周向旋轉變形軋制過程的工模具的型輥為外柱面帶有與航空發動機機匣外壁凹型結構相配合的「凸」型結構、芯輥為直輥。
3.根據權利要求1所述的一種製備航空發動機機匣的方法，其特徵在於其周向旋轉變形軋制過程先將環型合金坯加熱至相變點以下30～80℃，再進行周向旋轉變形軋制。
4.根據權利要求1所述的一種製備航空發動機機匣的方法，其特徵在於一火次將直環坯軋制為異型環，軋制變形率為20％～40％。
全文摘要
一種製備航空發動機機匣的方法，涉及一種採用近尺寸熱成型方法製備航空發動機機匣的工藝過程。其特徵在於其製備過程採用重量百分比組成為Al4.3％-6.0％，Sn2.0％-3.0％，Fe0.2％-0.8％，餘量為Ti和不可避免的雜質的環型合金坯進行周向旋轉變形軋制的。本發明的方法，在合金中增加了合金元素Fe，有效地避免了熱加工及冷加工過程開裂，且加工窗口較寬；採用外柱面帶有與航空發動機機匣外壁凹型結構相配合的「凸」型結構的型輥和為芯輥進行周向旋轉變形軋制，成形的異型環材截面與成品尺寸相近，避免了加工流線被切斷，同時減少了機械加工量，節約了昂貴的原材料。
文檔編號C22C14/00GK101812614SQ20101014731
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月13日 優先權日2010年4月13日
發明者王韋琪, 馬寶軍, 羊玉蘭, 楊慧麗, 何書林, 文志剛, 權亞平 申請人:寶鈦集團有限公司