葉片的徑向鍛造式應(yīng)變誘發(fā)半固態(tài)整體模鍛工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于葉片制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及葉片的徑向鍛造式應(yīng)變誘發(fā)半固態(tài)整體模鍛工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]半固態(tài)加工是20世紀(jì)70年代美國麻省理工學(xué)院的Flemings教授提出的一種金屬成形方法。所謂半固態(tài)加工，就是將金屬加熱到固相線和液相線之間的溫度，保溫一定時間，以獲得球形或者近球形的晶粒，然后再對其進(jìn)行成形的工藝技術(shù)，球形或者近球形的半固態(tài)漿料，具有流動性好、成形力低及成形后的零件性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此該工藝受到越來越多的重視。
[0003]在半固態(tài)成形過程中，如何獲得具有非枝晶細(xì)小均勻近球狀微觀組織的半固態(tài)漿料是一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)直接決定了后續(xù)半固態(tài)成形的成功與否，到目前為止，雖然人們已經(jīng)開發(fā)了許多制備金屬半固態(tài)漿料的新工藝和新技術(shù)，如電磁攪拌法、機(jī)械攪拌法、超聲振動法、應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法(SIMA)、熱處理法、半固態(tài)等溫轉(zhuǎn)變法、噴射沉積法等，但成功商業(yè)應(yīng)用的球狀或粒狀初晶半固態(tài)金屬漿料和連鑄坯料生產(chǎn)技術(shù)只有電磁攪拌和應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法(SIMA)，其中，應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法(SIMA)的原理是:首先要鑄造出常規(guī)鑄錠，再對其進(jìn)行塑性變形使材料產(chǎn)生一定的應(yīng)變，然后加熱到固液兩相區(qū)以得到金屬半固態(tài)坯料(組織為球狀)，再進(jìn)行半固態(tài)成型。
[0004]半固態(tài)模鍛工藝是指將一定質(zhì)量的半固態(tài)坯料加熱至半固態(tài)溫度后，迅速轉(zhuǎn)移至金屬模腔，在機(jī)械靜壓力作用下，使處于半熔融態(tài)的金屬產(chǎn)生粘性流動、凝固和塑性變形復(fù)合，從而獲得毛坯或零件的一種金屬加工方法。
[0005]在航空發(fā)動機(jī)中，葉片起著能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵作用，是發(fā)動機(jī)的“心臟”，同時也是汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)中的關(guān)鍵部件，葉片的質(zhì)量直接關(guān)系到武器裝備的作戰(zhàn)能力和發(fā)電機(jī)的工作效率，因此，提高葉片的設(shè)計水平和制造水平是一項重要的基礎(chǔ)工作。
[0006]葉片的品種多、數(shù)量大、材料先進(jìn)、型面復(fù)雜、內(nèi)部質(zhì)量和外部質(zhì)量要求高，目前國內(nèi)外的制造工藝主要為:(I)機(jī)加工成形，機(jī)加工的葉片精度高、性能好、耐腐蝕，但是加工成本較高，效率低下；(2)鑄造成形，采用鑄造的方法雖然成形效率高，但是由于鑄件容易存在縮松、氣孔等缺陷，導(dǎo)致葉片性能不穩(wěn)定，產(chǎn)品力學(xué)性能較差，且難以實(shí)現(xiàn)近凈成形，后續(xù)需要一定的機(jī)加工；(3)鍛造成形，我國葉片鍛造成形的傳統(tǒng)工藝是普通模鍛，但是普通模鍛存在設(shè)計余量比較大，生產(chǎn)出來的葉片往往“肥頭大耳”，需要經(jīng)過進(jìn)一步的機(jī)械加工才能獲得理想的外管尺寸；(4)精密鍛造，英國的Rolls-Royce公司采用葉片精密鍛造工藝制造的葉片，除榫頭局部進(jìn)行少量機(jī)械加工外，葉面型面、榫頭內(nèi)緣面、葉身阻力凸臺都不需要機(jī)械加工，保證了完整的鍛造金屬流線。這種先進(jìn)葉片鍛造技術(shù)不僅節(jié)省金屬材料，減少機(jī)加工工時，也大大降低了葉片制造成本，但是仍然存在需要的單位面積鍛造成形力大、成品效率低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供葉片的徑向鍛造式應(yīng)變誘發(fā)半固態(tài)整體模鍛工藝，通過該工藝可以較小的成形力制備出具有非枝晶細(xì)小均勻球狀微觀組織的葉片。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0009]葉片的徑向鍛造式應(yīng)變誘發(fā)半固態(tài)整體模鍛工藝，包括以下步驟:
[0010]I)棒料初步變形:先準(zhǔn)備用于成形葉片的高強(qiáng)度鋼或鈦合金材質(zhì)的金屬棒料I ;然后對金屬棒料I預(yù)熱并進(jìn)行反復(fù)的鐓粗、拔長，以獲得存貯畸變能的畸變態(tài)金屬棒料2 ;
[0011]2)棒料徑向鍛造:利用余熱對步驟I)中得到的畸變態(tài)金屬棒料2進(jìn)行徑向鍛造并淬火以獲得具有階梯形狀的徑向鍛造畸變態(tài)坯料3，該徑向鍛造畸變態(tài)坯料3的大端的徑向斷面收縮率為40%以上，同時該徑向鍛造畸變態(tài)坯料3的大端長度3-1大于等于最終的葉片成形件5的榫頭最大長度5-1，該徑向鍛造畸變態(tài)坯料3的大端徑向斷面面積3-2大于等于由最終的葉片成形件5的榫頭的體積除以榫頭的最大長度5-1所得到的榫頭等效面積，該徑向鍛造畸變態(tài)還料3的小端長度3-3大于等于最終的葉片成形件5的葉扇的最大長度5-2，該徑向鍛造畸變態(tài)坯料3的小端徑向斷面的面積3-4大于等于由最終的葉片成形件5的葉扇的體積除以葉扇的最大長度5-2所得到的葉扇等效面積；
[0012]3) 二次重熔:將步驟2)中得到的徑向鍛造畸變態(tài)坯料3放入電爐或者中頻感應(yīng)加熱爐中進(jìn)行加熱及保溫處理，加熱溫度為金屬棒料I的半固態(tài)溫度區(qū)間范圍內(nèi)，保溫時間為5?30min，以獲得固相分?jǐn)?shù)在40%?60%之間且具有細(xì)小、均勻、球狀微觀組織的葉片半固態(tài)坯料4 ;
[0013]4)半固態(tài)整體模鍛成形:將步驟3)得到的葉片半固態(tài)坯料4放入半固態(tài)模鍛成形的模具型腔，采用半固態(tài)模鍛工藝成形出葉片成形件5。
[0014]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明將徑向鍛造式應(yīng)變誘發(fā)半固態(tài)整體模鍛工藝用于制備葉片具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0015]1.本發(fā)明利用徑向鍛造的應(yīng)變誘發(fā)法制備的葉片具有微觀組織晶粒細(xì)小，分布均勻且不存在縮松、氣孔等缺陷，產(chǎn)品力學(xué)性能好的特點(diǎn)。
[0016]2.本發(fā)明對葉片采用的半固態(tài)整體模鍛成形所需的成形力小，僅為固態(tài)精密模鍛所需成形力的1/4?1/10左右。
[0017]3.與傳統(tǒng)葉片的制造工藝相比，本發(fā)明為整體成形，材料利用率高、成形件的金屬流線完整、力學(xué)性能更好。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
[0019]圖2是本發(fā)明中徑向鍛造畸變態(tài)坯料3的三維示意圖。
[0020]圖3是本發(fā)明中葉片成形件5的三維示意圖。
[0021]圖4是本發(fā)明中采用徑向鍛造工藝，對畸變態(tài)金屬棒料2進(jìn)行初步徑向鍛造的原理不意圖，圖(a)為主視圖，圖(b)為側(cè)視圖。
[0022]圖5是本發(fā)明中采用徑向鍛造工藝，進(jìn)行第二次徑向鍛造得到徑向鍛造畸變態(tài)坯料3的原理不意圖，圖(a)為主視圖，圖(b)為側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】