專(zhuān)利名稱(chēng)：提高tc4合金葉片機(jī)械性能的鍛造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈦合金葉片的鍛造方法，具體是一種提高TC4合金葉片機(jī)械性能的鍛造方法。
背景技術(shù)：
渦扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片工作條件比較惡劣，而鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕和耐高溫等一系列優(yōu)點(diǎn)，這使得鈦合金在風(fēng)扇葉片領(lǐng)域獲得了大量的應(yīng)用。比強(qiáng)度高是鈦合金的顯著優(yōu)點(diǎn)，GJB2744-1996規(guī)定了 TC4合金鍛件機(jī)械性能指標(biāo)室溫抗拉強(qiáng)度不小于 895MPa、屈服強(qiáng)度不小于825MPa ；400°C抗拉強(qiáng)度不小于600MPa、屈服強(qiáng)度不小于560MPa。文獻(xiàn)1 “TC4鈦合金氣輪機(jī)葉片精鍛工藝研究，李曉序，朱西平，航空制造技術(shù)， 2001，2 :53-54”公布TC4合金葉片鍛造后葉身室溫抗拉強(qiáng)度為925MPa、屈服強(qiáng)度為884MPa， 葉身400°C抗拉強(qiáng)度644MPa、屈服強(qiáng)度為593MPa。文獻(xiàn)2 "TC4鈦合金風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片模鍛工藝和性能研究，余小魯，李付國(guó)，鍛壓技術(shù)，2010，3 :19-21 ”公布TC4合金葉片鍛造后葉身室溫抗拉強(qiáng)度為950 985MPa、屈服強(qiáng)度為895 945MPa，葉身400°C抗拉強(qiáng)度630 675MPa。葉片在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中起著能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵作用，葉片工作中承受巨大的離心力， 提高風(fēng)扇葉片機(jī)械強(qiáng)度的重要性是不言而喻的。提高鈦合金葉片的機(jī)械性能可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)參數(shù)，還可以為葉片減重，這些是提高發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的有效方法。因此，提高鈦合金葉片的機(jī)械性能一直是鈦合金葉片鍛造技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)追求的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的TC4鈦合金葉片機(jī)械強(qiáng)度差的不足，本發(fā)明提供一種提高TC4合金葉片機(jī)械性能的鍛造方法。該方法通過(guò)對(duì)TC4合金進(jìn)行固態(tài)置氫處理，以及鍛造工藝參數(shù)的優(yōu)化，可以提高TC4鈦合金葉片的機(jī)械強(qiáng)度。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種提高TC4合金葉片機(jī)械性能的鍛造方法，其特點(diǎn)是包括下述步驟步驟一、將TC4合金表面用丙酮清洗后，置入管式固態(tài)置氫爐中，抽真空到 1. 0Χ1(Γ3 1. 5 X 10 ,以 10 15°C /min 的速度加熱至 700 850°C，保溫 10 15min， 按TC4合金坯料的重量百分比充入0. 2 0. 5%的氫氣，充入氫氣的流量為0. 5 1. 5L/ min，保溫2 汕，以5 10°C /min的速度冷卻至室溫，即得到固態(tài)置氫鈦合金；步驟二、 將固態(tài)置氫鈦合金機(jī)械加工成固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料；步驟三、對(duì)固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料表面進(jìn)行吹砂和打磨處理；步驟四、在固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料表面噴涂玻璃潤(rùn)滑劑； 步驟五、將鍛造模具安裝于曲柄壓力機(jī)上，將模具加熱至250 300°C保溫；步驟六、將涂有玻璃潤(rùn)滑劑的固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料放入箱式電阻加熱爐中，爐溫為760 820°C，保溫20 30min ；步驟七、將固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料從箱式電阻加熱爐移出，放置于鍛造模具的下模上，對(duì)固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料進(jìn)行鍛造；步驟八、將固態(tài)置氫鈦合金葉片鍛件去處飛邊；步驟九、對(duì)固態(tài)置氫鈦合金鍛件表面進(jìn)行吹砂和打磨處理；步驟十、將固態(tài)置氫鈦合金鍛件表面清潔后，置入管式固態(tài)置氫爐中，抽真空到1. 0X10_3 1. 5 X 10 ,以5 150C /min的速度加熱至700 750°C，爐內(nèi)真空度高于3X KT3Pa后保溫2 3h，以5 IO0C /min的速度冷卻至室溫。本發(fā)明的有益效果是由于對(duì)TC4合金進(jìn)行固態(tài)置氫處理，以及鍛造工藝參數(shù)的優(yōu)化，使TC4鈦合金的室溫抗拉強(qiáng)度由背景技術(shù)的925 985MPa提高到1055 1065MPa， 室溫屈服強(qiáng)度由背景技術(shù)的884 945ΜΙ^提高到990 IOOOMPa ；400°C抗拉強(qiáng)度由630 675提高到700 710MPa，400°C屈服強(qiáng)度由背景技術(shù)的593MPa提高到605 615MPa。下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:步驟一、固態(tài)置氫將Φ39πιπι>^62πιπι的TC4合金圓柱表面用丙酮清洗后，置入管式固態(tài)置氫爐中，抽真空到1.0 X10_3Pa，以IO0C /min的速度加熱至700°C，保溫lOmin，按鈦合金坯料的重量百分比充入0. 5%的氫氣，充入氫氣的流量為0. 5L/min，保溫3h，以約 IO0C /min的速度冷卻至室溫；步驟二、機(jī)械加工將固態(tài)置氫鈦合金進(jìn)行機(jī)械加工成固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料；步驟三、吹砂和打磨對(duì)固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料表面進(jìn)行吹砂和打磨處理；步驟四、噴涂潤(rùn)滑劑在固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料表面噴涂天力創(chuàng)牌Ti-5D玻璃潤(rùn)滑劑；步驟五、安裝模具及預(yù)熱鍛造設(shè)備為2500噸曲柄壓力機(jī)，設(shè)備參數(shù)為曲柄長(zhǎng) 175mm、連桿長(zhǎng)為1050mm、滑塊每分鐘的行程為60次，將鍛造模具安裝于曲柄壓力機(jī)上，將模具加熱至250°C保溫；步驟六、鍛前加熱將涂有玻璃潤(rùn)滑劑的固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料放入箱式電阻加熱爐中，爐溫為760°C，保溫30min ；步驟七、鍛造將固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料從箱式電阻加熱爐移出，放置于鍛造模具的下模上，對(duì)固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料進(jìn)行鍛造；步驟八、去飛邊將固態(tài)置氫鈦合金葉片鍛件去處飛邊；步驟九、吹砂和打磨對(duì)固態(tài)置氫鈦合金鍛件表面進(jìn)行吹砂和打磨處理；步驟十、除氫將固態(tài)置氫鈦合金鍛件表面清潔后，置入管式固態(tài)置氫爐中，抽真空到1.0X10_3Pa，&5°C /min的速度加熱至700°C，爐內(nèi)真空度高于3X 10’a后保溫2h，以10°C /min的速度冷卻至室溫。對(duì)葉片進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，室溫抗拉強(qiáng)度為1055MPa、屈服強(qiáng)度為990MPa，40(TC 抗拉強(qiáng)度為700MPa、屈服強(qiáng)度為605MPa。實(shí)施例2:步驟一、固態(tài)置氫將Φ39πιπι>^62πιπι的TC4合金圓柱表面用丙酮清洗后，置入管式固態(tài)置氫爐中，抽真空到1. 5X 10 ,以約15°C /min的速度加熱至850°C，保溫IOmin, 按鈦合金坯料的重量百分比充入0. 2%的氫氣，充入氫氣的流量為lL/min，保溫2h，以大約 50C /min的速度冷卻至室溫；步驟二、機(jī)械加工將固態(tài)置氫鈦合金機(jī)械加工成固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料；步驟三、吹砂和打磨對(duì)固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料表面進(jìn)行吹砂和打磨處理；步驟四、噴涂潤(rùn)滑劑在固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料表面噴涂天力創(chuàng)牌Ti-5D玻璃潤(rùn)滑劑；步驟五、安裝模具及預(yù)熱鍛造設(shè)備為2500噸曲柄壓力機(jī)，設(shè)備參數(shù)為曲柄長(zhǎng)175mm、連桿長(zhǎng)為1050mm、滑塊每分鐘的行程為65次，將鍛造模具安裝于曲柄壓力機(jī)上，將模具加熱至300°C保溫；步驟六、鍛前加熱將涂有玻璃潤(rùn)滑劑的固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料放入箱式電阻加熱爐中，爐溫為820°C，保溫20min ；步驟七、鍛造將固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料從箱式電阻加熱爐移出，放置于鍛造模具的下模上，對(duì)固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料進(jìn)行鍛造；步驟八、去飛邊將固態(tài)置氫鈦合金葉片鍛件去處飛邊；步驟九、吹砂和打磨對(duì)固態(tài)置氫鈦合金鍛件表面進(jìn)行吹砂和打磨處理；步驟十、除氫將固態(tài)置氫鈦合金鍛件表面清潔后，置入管式固態(tài)置氫爐中，抽真空到1.5X10_3Pa，&15°C /min的速度加熱至750°C，爐內(nèi)真空度高于3X 10_3Pa后保溫3h，以10°C /min的速度冷卻至室溫。對(duì)葉片進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，室溫抗拉強(qiáng)度為1065MPa、屈服強(qiáng)度為lOOOMPa，400°C 抗拉強(qiáng)度為710MPa、屈服強(qiáng)度為615MPa。實(shí)施例3:步驟一、固態(tài)置氫將Φ39πιπι>^62πιπι的TC4合金圓柱表面用丙酮清洗后，置入管式固態(tài)置氫爐中，抽真空到1. 0X10_3Pa，以約IO0C /min的速度加熱至800°C，保溫15min, 按鈦合金坯料的重量百分比充入0. 2%的氫氣，充入氫氣的流量為1. 5L/min，保溫2h，以約 IO0C /min的速度冷卻至室溫；步驟二、機(jī)械加工將固態(tài)置氫鈦合金機(jī)械加工成固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料；步驟三、吹砂和打磨對(duì)固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料表面進(jìn)行吹砂和打磨處理；步驟四、噴涂潤(rùn)滑劑在固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料表面噴涂天力創(chuàng)牌Ti-5D玻璃潤(rùn)滑劑；步驟五、安裝模具及預(yù)熱鍛造設(shè)備為2500噸曲柄壓力機(jī)，設(shè)備參數(shù)為曲柄長(zhǎng)175mm、連桿長(zhǎng)為1050mm、滑塊每分鐘的行程為60次，將鍛造模具安裝于曲柄壓力機(jī)上，將模具加熱至250°C保溫；步驟六、鍛前加熱將涂有玻璃潤(rùn)滑劑的固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料放入箱式電阻加熱爐中，爐溫為790°C，保溫30min ；步驟七、鍛造將固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料從箱式電阻加熱爐移出，放置于鍛造模具的下模上，對(duì)固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料進(jìn)行鍛造；步驟八、去飛邊將固態(tài)置氫鈦合金葉片鍛件去處飛邊；步驟九、吹砂和打磨對(duì)固態(tài)置氫鈦合金鍛件表面進(jìn)行吹砂和打磨處理；步驟十、除氫將固態(tài)置氫鈦合金鍛件表面清潔后，置入管式固態(tài)置氫爐中，抽真空到1.0X10_3Pa，Wl(TC /min的速度加熱至700°C，爐內(nèi)真空度高于3X 10_3Pa后保溫2h，以10°C /min的速度冷卻至室溫。對(duì)葉片進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，室溫抗拉強(qiáng)度為1060MPa、屈服強(qiáng)度為995MPa，400°C 抗拉強(qiáng)度為710MPa、屈服強(qiáng)度為605MPa。通過(guò)上述實(shí)例可看出本發(fā)明制造的TC4合金葉片的拉伸強(qiáng)度達(dá)到GJB2744-1996 的要求，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度明顯高于文獻(xiàn)1和文獻(xiàn)2中對(duì)應(yīng)的指標(biāo)。由此可見(jiàn)，固態(tài)置氫處理可顯著提高TC4合金鍛造葉片的機(jī)械性能。
權(quán)利要求
1. 一種提高TC4合金葉片機(jī)械性能的鍛造方法，其特征在于包括下述步驟 步驟一、將TC4合金表面用丙酮清洗后，置入管式固態(tài)置氫爐中，抽真空到1. 0X 10_3 1. 5 X 10 ,以10 15°C /min的速度加熱至700 850°C，保溫10 15min，按TC4合金坯料的重量百分比充入0. 2 0. 5%的氫氣，充入氫氣的流量為0. 5 1. 5L/min，保溫2 3h，以5 10°C /min的速度冷卻至室溫，即得到固態(tài)置氫鈦合金； 步驟二、將固態(tài)置氫鈦合金機(jī)械加工成固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料； 步驟三、對(duì)固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料表面進(jìn)行吹砂和打磨處理； 步驟四、在固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料表面噴涂玻璃潤(rùn)滑劑； 步驟五、將鍛造模具安裝于曲柄壓力機(jī)上，將模具加熱至250 300°C保溫； 步驟六、將涂有玻璃潤(rùn)滑劑的固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料放入箱式電阻加熱爐中，爐溫為 760 820°C，保溫 20 30min ；步驟七、將固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料從箱式電阻加熱爐移出，放置于鍛造模具的下模上，對(duì)固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料進(jìn)行鍛造；步驟八、將固態(tài)置氫鈦合金葉片鍛件去處飛邊； 步驟九、對(duì)固態(tài)置氫鈦合金鍛件表面進(jìn)行吹砂和打磨處理；步驟十、將固態(tài)置氫鈦合金鍛件表面清潔后，置入管式固態(tài)置氫爐中，抽真空到 1. 0Χ1(Γ3 1. 5X 10 ,以5 15°C /min的速度加熱至700 750°C，爐內(nèi)真空度高于 3 X KT3Pa后保溫2 3h，以5 10°C /min的速度冷卻至室溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高TC4合金葉片機(jī)械性能的鍛造方法，用于解決現(xiàn)有的TC4鈦合金葉片機(jī)械強(qiáng)度差的技術(shù)問(wèn)題。技術(shù)方案是通過(guò)對(duì)TC4合金進(jìn)行固態(tài)置氫處理，將處理得到的固態(tài)置氫鈦合金坯料機(jī)械加工成固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料；吹砂和打磨；噴涂潤(rùn)滑劑；鍛前加熱；對(duì)固態(tài)置氫鈦合金預(yù)制坯料進(jìn)行鍛造，得到固態(tài)置氫鈦合金葉片鍛件；去飛邊；吹砂和打磨；除氫。由于對(duì)TC4合金進(jìn)行了固態(tài)置氫處理，使TC4鈦合金的室溫抗拉強(qiáng)度由背景技術(shù)的925～985MPa提高到1055～1065MPa，室溫屈服強(qiáng)度由背景技術(shù)的884～945MPa提高到990～1000MPa；400℃抗拉強(qiáng)度由630～675提高到700～710MPa，400℃屈服強(qiáng)度由背景技術(shù)的593MPa提高到605～615MPa。
文檔編號(hào)B21K3/04GK102319865SQ201110197708
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者于衛(wèi)新, 朱堂葵, 李淼泉, 羅皎 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)