專利名稱：鈦合金異形環(huán)鍛件的輾軋成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及種環(huán)形鍛件的軋制成形方法，特別是涉及了鈦合金異形環(huán)鍛 件的輾軋成形方法。
背景技術(shù)：
采用鈦合金(如俄羅斯BT20等材料牌號(hào))制造的航空發(fā)動(dòng)機(jī)或地面燃?xì)廨?機(jī)的異形環(huán)鍛件，如后安裝邊環(huán)等部件由于長期在惡劣的環(huán)境下丄作，要求鍛 件具有較好的性能及組織穩(wěn)定性。2005年3月2日公開的中國發(fā)明專利說明書CN 1586754A公開了一種外臺(tái) 階截面環(huán)件軋制成形的方法，所述環(huán)件的縱向截面是一種非矩形的外臺(tái)階形狀， 即所述環(huán)件屬于異形環(huán)鍛件的一種特殊形狀。該方法包括下料、制坯、軋制及 后續(xù)加工，采用該方法軋制的異形環(huán)件是由軋環(huán)機(jī)的主輥(即驅(qū)動(dòng)輥)和芯輥 直接形成的孔型來實(shí)現(xiàn)異形環(huán)件的變形成形。采用該工藝軋制不同形狀的異形 環(huán)件時(shí)，需要重新更換輥型，而頻繁更換輥型將會(huì)增加制造成本、延長生產(chǎn)周 期和不利于設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)。上述環(huán)件軋制成形方法并未公丌軋制鈦合金異形環(huán)鍛件的具體工藝步驟， 軋制鈦合金異形環(huán)鍛件時(shí)，從合金棒料到最終軋制成異形環(huán)鍛件，合金的變形 量對(duì)環(huán)鍛件的組織和性能影響很人，其變形量選擇不準(zhǔn)，將會(huì)造成環(huán)鍛件組織 變異、晶粒粗大、軋傷、軋裂、易產(chǎn)生飛邊等缺陷，從而影響鍛件的交付和使用。有鑒丁此，木發(fā)明提供了一種鈦合金異形環(huán)鍛件的輾軋成形方法。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種準(zhǔn)確的變形量來實(shí)現(xiàn)鈦合金異形環(huán)鍛 件在輾軋模具內(nèi)成形的方法，采用該方法精確軋制的環(huán)件具有優(yōu)良的組織和性為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所述鈦合金異形環(huán)鍛件的輾軋成形方法，其 技術(shù)方案包括以下步驟把按規(guī)格下料的鈦合金棒料加熱到相變點(diǎn)以下3(TC的變形溫度，經(jīng)鐓粗使 其變形65% 70%得到實(shí)心圓餅;把所述實(shí)心圓餅沖孔使其孔徑尺寸是其外徑尺 寸的30% 35%后得到空心圓餅；加熱所述空心圓餅到上述變形溫度后使其被軋環(huán)變形25% 30%后得到矩 形環(huán)坯;把所述矩形環(huán)坯加熱到上述變形溫度后再次被軋環(huán)使其變形25% 30% 后得到矩形預(yù)軋坯；加熱所述預(yù)軋坯到上述變形溫度，把所述預(yù)軋坯裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)輾軋模具，所 述預(yù)軋坯的縱向截面在輾軋模具的異形孔型內(nèi)被軋環(huán)機(jī)輾軋并按所述孔型產(chǎn)生 連續(xù)局部塑性變形，所述預(yù)軋坯壁厚減小并沿徑向展寬被輾軋變形40% 45% 后成為異形環(huán)鍛件。當(dāng)采用上述方法輾軋成形不同形狀的異形環(huán)鍛件時(shí)，只需把輾軋模具的孔 型按環(huán)鍛件的截面形狀來調(diào)整，更換相應(yīng)的模具模塊便可。輾軋時(shí)，上述預(yù)軋坯沿徑向的展寬速度是2mm/s 15mm/s，受到的徑向軋 制力是40000 kg 220000kg。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明把按規(guī)格下料的鈦合金棒料從鐓粗、沖孔、制矩形預(yù)軋坯、到輾軋 成異形環(huán)鍛件的整個(gè)工藝過程，通過選用準(zhǔn)確的變形量和使用輾軋模具來使異 形環(huán)鍛件成形，獲得了組織均勻和性能優(yōu)良的異形環(huán)鍛件。以俄羅斯材料牌號(hào) 為BT20的變形鈦合金為例，經(jīng)檢測(cè)該合金異形環(huán)鍛件不同部位的金相低倍組 織，未發(fā)現(xiàn)有裂紋、縮孔、氣孔、夾雜等冶金缺陷；經(jīng)檢測(cè)該合金異形環(huán)鍛件 的金相高倍組織，未發(fā)現(xiàn)有有粗晶、組織變異、偏析等缺陷。經(jīng)檢測(cè)該合金異形環(huán)鍛件的室溫拉伸性能，其抗拉強(qiáng)度為975MPa 980MPa (大于使用要求的930MPa)，其斷后伸長率為12% 14%(大于使用要求的8%)， 斷面收縮率為35% 36% (大于使用要求的20%);經(jīng)檢測(cè)該合金異形環(huán)鍛件的沖擊性能，其沖擊功為47J 67,6J(大于使用要求的29.4J);經(jīng)檢測(cè)該合金異形 環(huán)鍛件的高溫拉伸持久性能，其在試驗(yàn)溫度為50(TC、試驗(yàn)應(yīng)力為470MPa、持 續(xù)時(shí)間51小時(shí)內(nèi)未斷(大于使用要求的50小時(shí))；經(jīng)檢測(cè)該合金異形環(huán)鍛件的 布氏硬度為333，符合規(guī)定要求。從該合金異形環(huán)鍛件的理化檢測(cè)結(jié)果可知，采用上述方法輾軋成形的該合 金異形環(huán)鍛件取得了預(yù)料不到的技術(shù)效果，大大滿足了其使用要求。本發(fā)明還通過在軋環(huán)機(jī)上安裝輾軋模具來實(shí)現(xiàn)鈦合金異形環(huán)鍛件的輾軋成 形，即在軋環(huán)機(jī)的芯輥上安裝芯輥模，在其主輥上安裝主輥模，芯輥模與主輥 模合模后能夠形成用于輾軋異形環(huán)鍛件的異形孔型，從而把異形環(huán)鍛件的成形 方式由主輥、芯輥和錐輥輾軋成形改進(jìn)為主要由模具輾軋成形，當(dāng)輾軋不同截 面形狀的異形環(huán)鍛件時(shí)，只需更換輾軋模具卜.形成所述異形孔型的模塊即可， 而不必更換軋環(huán)機(jī)的主輥、芯輥等部件，從而可以降低異形環(huán)鍛件的制造成本、 縮短生產(chǎn)周期并有利于設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)。并且，采用本方法輾軋鈦合金異形環(huán) 鍛件，可以獲得沿零件外形呈流線分布的異形環(huán)鍛件，提高了異形環(huán)鍛件的尺 寸精度，從而可以實(shí)現(xiàn)精確軋制，減少異形環(huán)鍛件的機(jī)械加工余量和貴重鈦合 金材料的浪費(fèi)。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是矩形預(yù)軋坯的制坯工藝流程圖。圖2是預(yù)軋坯裝進(jìn)輾軋模具的結(jié)構(gòu)圖。圖3是預(yù)軋坯輾軋成異形環(huán)鍛件的工藝過程圖。圖4是圖3所示的輾軋工藝過程的俯視方向示意圖。圖5是輾軋成形的異形環(huán)鍛件沿其中心線的縱剖面圖。圖6 (a)是圖5所示a部位的金相低倍組織圖。圖6 (b)是圖5所示b部位的金相低倍組織圖。圖6 (c)是圖5所示c部位的金相低倍組織圖。 圖7是圖5所示b部位的金相高倍組織圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施本發(fā)明所述的鈦合金異形環(huán)鍛件的輾軋成形方法需要提供鍛造加熱 爐、壓力機(jī)、軋環(huán)機(jī)、機(jī)械手等設(shè)備。下面以俄羅斯材料牌號(hào)為BT20的變形鈦 合金為例來詳細(xì)說明該方法的
具體實(shí)施例方式該合金的主要化學(xué)元素含量(重量百分比)為含Al量5.5% 7.0%、含 Zr量1.5% 2.5%、含Mo量0.5% 2.0%、含V量0.8% 2.5%、含F(xiàn)e量《0.25%、 含Si量《0.15。/。、含C量《0.10。/。、含N量《0.05。/。、含0量《0.15°/。、含H量 《0.015%、含有其他微量元素總量《0.30%、余量為Ti。該合金從棒料到生產(chǎn)出合格的異形環(huán)鍛件的工藝步驟如下 歩驟l:矩形預(yù)軋坯的制坯。如圖1所示，把按規(guī)格下料的BT20合金棒料 1在鍛造加熱爐內(nèi)加熱到相變點(diǎn)以下3(TC的變形溫度，在鍛壓機(jī)上鐓粗使其變 形65% 70%得到實(shí)心圓餅2，接著把實(shí)心圓餅2用沖頭4沖出中心孔得到空心 圓餅3，所述空心圓餅3的內(nèi)徑尺寸是其外徑尺寸的30% 35%;把空心圓餅3 再加熱到上述溫度后裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)軋環(huán)使其變形25% 30%后第一次被環(huán)軋成矩 形環(huán)坯5;把矩形環(huán)壞5再加熱到卜.述溫度后裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)軋環(huán)使其變形25% 30%后第二次被環(huán)軋成矩形預(yù)軋坯10。在上述步驟l中，采用上述變形方式制作的矩形預(yù)軋坯10能夠獲得均勻的 組織，特別是兩次環(huán)軋采取小變形量成形的方式，可以避免該合金在軋環(huán)時(shí)溫 度升高產(chǎn)生組織變異、晶粒粗大和裂紋等缺陷，從而有利于使終軋異形環(huán)鍛件 獲得良好的組織和性能。歩驟2:異形環(huán)鍛件的輾軋成形先把預(yù)軋坯10在鍛造加熱爐內(nèi)加熱到相變點(diǎn)以下30'C的變形溫度后裝進(jìn)由 主輥模和芯輥模組成的輾軋模具，如圖2所示，把該預(yù)軋坯10用機(jī)械手裝在芯 輥模的內(nèi)型模塊16上并平放在軋環(huán)機(jī)的底盤上(圖中未示出)，所述芯輥模由 內(nèi)型模塊16、芯套21、壓環(huán)22通過螺母23和芯輥鍵24固定在芯輥12上；啟動(dòng)軋環(huán)機(jī)使其主輥13按圖2所示方向旋轉(zhuǎn)，然后使芯輥12向主輥13方向平移 靠近主輥13后芯輥模與主輥模合模，所述主輥模由下端蓋19、外型模塊17、 上端蓋18通過主輥套20和主輥鍵25固定在主輥13上，所述內(nèi)型模塊16和外 型模塊17的外周而與所述上、下端蓋18和19圍成異形孔型11，預(yù)軋坯10的 縱向截面處于該異形孔型11內(nèi)；同時(shí)由軋環(huán)機(jī)驅(qū)動(dòng)上、下錐輥14和15按圖2 所示方向轉(zhuǎn)動(dòng)并準(zhǔn)備夾持住預(yù)軋坯10的上、下端面，使軋環(huán)機(jī)的兩個(gè)抱輥26 (如圖4所示)扶持住預(yù)軋坯10的外環(huán)周面；主輥13驅(qū)動(dòng)預(yù)軋坯10、芯輥12和兩個(gè)抱輥26按圖3和圖4所示的方向轉(zhuǎn) 動(dòng)，這時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的上、下錐輥14和15夾持住轉(zhuǎn)動(dòng)的預(yù)軋坯10的上、下端面與其 一起轉(zhuǎn)動(dòng)；芯輥12沿徑向朝主輥13方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)使芯輥12和主輥13以 40000kg 220000kg的軋制力在其異形孔型11內(nèi)輾軋預(yù)軋坯10，預(yù)軋坯10以 2mm/s 15mm/s的速度沿徑向展寬，其壁厚逐漸減小，上、下錐輥14和15以 及兩個(gè)抱輥26隨著預(yù)軋坯10的徑向展寬而外移；預(yù)軋坯10在異形孔型11內(nèi)被輾軋產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形，最后預(yù)軋坯10 在異形孔型ll內(nèi)變形40% 45%后成為異形環(huán)鍛件27，所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件停止后移 開主輥13、錐輥14和15、兩個(gè)抱輥26以及壓在芯輥12頂部的軋環(huán)機(jī)懸臂， 從芯輥頂部取出異形環(huán)鍛件27。在上述步驟1和步驟2中，該合金的終鍛或終軋溫度不小于S50'C。如圖5所示，異形環(huán)鍛件27的外環(huán)面是由其上部c的外環(huán)直面、中部b的 外環(huán)圓弧面以及下部a的外環(huán)直面通過圓弧自然過渡連接在起的曲面，其內(nèi) 環(huán)面為直面。按照GB/T5168《兩相鈦合金高低倍組織檢驗(yàn)方法》檢測(cè)，該異形環(huán)鍛件的 金相低倍組織如圖6 (a)、 6 (b)和圖6 (c)所示，其中圖6 (a)、 6 (b)和圖 6 (c)的試樣分別取自圖5中的a 、 b和c部位，在上述低倍組織圖上均未發(fā)現(xiàn) 有裂紋、縮孔、氣孔、夾雜等冶金缺陷；該異形環(huán)鍛件的金相高倍組織(顯微 鏡下放大500倍)如圖7所示，其試樣取自圖5中的b部位，由圖中可見其組 織均勻，并且未發(fā)現(xiàn)有粗晶、組織變異、偏析等缺陷。按照GB汀228《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》檢測(cè)，該合金異形環(huán)鍛件的 室溫抗拉強(qiáng)度為975MPa 980MPa，斷后伸長率為12% 14%，斷面收縮率為 350/0 36%。按照GB/T229《金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法》檢測(cè)，該合金異形環(huán)鍛件的 沖擊功為47 J 67.6J。按照GB6395《金屬高溫拉伸持久試驗(yàn)方法》檢測(cè)，該異形環(huán)鍛.件在試驗(yàn)溫 度為50(TC、試驗(yàn)應(yīng)力為470MPa、持續(xù)時(shí)間51小時(shí)內(nèi)未斷。按照GB/T231《金屬布氏硬度試驗(yàn)方法》檢測(cè)，該異形環(huán)鍛件的布氏硬度 為333。上述理化檢測(cè)結(jié)果表明，采用上述方法輾軋成形的BT20異形環(huán)鍛件具有優(yōu) 良的內(nèi)部組織和性能，完全滿足了該合金鍛件的使用要求。采用本發(fā)明提供的方法輾軋成形的異形環(huán)鍛件并不限于上述實(shí)施方式，對(duì) 于不同形狀的異形環(huán)鍛件，只需改變輾軋模具的內(nèi)型模塊16和外型模塊17的 外周面形狀，按照上述方法便可輾軋出不同截面形狀的異形環(huán)鍛件。本發(fā)明所 述的輾軋成形是把環(huán)鍛件的預(yù)軋坯通過輾軋模具軋制成環(huán)鍛件的成形方式。
權(quán)利要求
1. 一種鈦合金異形環(huán)鍛件的輾軋成形方法，其特征在于，包括以下步驟把按規(guī)格下料的鈦合金棒料加熱到相變點(diǎn)以下30℃的變形溫度，經(jīng)鐓粗使其變形65％～70％得到實(shí)心圓餅；把所述實(shí)心圓餅沖孔使其孔徑尺寸是其外徑尺寸的30％～35％后得到空心圓餅；加熱所述空心圓餅到上述變形溫度后使其被軋環(huán)變形25％～30％后得到矩形環(huán)坯；把所述矩形環(huán)坯加熱到上述變形溫度后再次被軋環(huán)使其變形25％～30％后得到矩形預(yù)軋坯；加熱所述預(yù)軋坯到上述變形溫度，把所述預(yù)軋坯裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)輾軋模具，所述預(yù)軋坯的縱向截面在輾軋模具的異形孔型內(nèi)被軋環(huán)機(jī)輾軋并按所述孔型產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形，所述預(yù)軋坯壁厚減小并沿徑向展寬被輾軋變形40％～45％后成為異形環(huán)鍛件。
2、 按照權(quán)利要求1所述的輾軋成形方法，其特征在于所述輾軋模具的異 形孔型是可以依環(huán)鍛件的截面形狀來調(diào)整的。
3、 按照權(quán)利要求1所述的輾軋成形方法，其特征在于所述預(yù)軋坯沿徑向 的展寬速度是2 mm/s 15mm/so
4、 按照權(quán)利要求1所述的輾軋成形方法，其特征在于所述預(yù)軋坯受到的 徑向軋制力是40000 kg 220000kg。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈦合金異形環(huán)鍛件的輾軋成形方法，為獲得組織和性能優(yōu)良的該合金異形環(huán)鍛件和實(shí)現(xiàn)精確軋制，該方法包括以下步驟合金棒料經(jīng)加熱鐓粗變形65％～70％制成實(shí)心圓餅再?zèng)_孔使其孔徑尺寸是其外徑尺寸的30％～35％后制成空心圓餅；空心圓餅經(jīng)加熱被環(huán)軋變形25％～30％后得到矩形環(huán)坯，矩形環(huán)坯經(jīng)加熱再次被環(huán)軋變形25％～30％后得到矩形預(yù)軋坯；預(yù)軋坯經(jīng)加熱裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)輾軋模具并在該模具的異形孔型內(nèi)被輾軋變形40％～45％后成形為異形環(huán)鍛件。輾軋時(shí)，上述預(yù)軋坯沿徑向的展寬速度是2mm/s～15mm/s，受到的徑向軋制力是40000kg～220000kg。該方法主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)異形環(huán)鍛件的成形，采用該方法可以獲得沿零件外形呈流線分布的異形環(huán)鍛件。
文檔編號(hào)B21J1/04GK101279345SQ20081006872
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月23日
發(fā)明者華 張, 衡 張, 楊國平, 江錦權(quán), 毅 舒, 蔣禮萍, 謝永富, 偉 鄒, 鄭永靈, 陳元奎, 陳祖祥 申請(qǐng)人:貴州安大航空鍛造有限責(zé)任公司