專利名稱：置氫鈦合金鍛造葉片的鍛造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種葉片鍛造工藝。
背景技術(shù)：
近年來，隨著新型飛機(jī)向輕量化、高性能和低成本的方向發(fā)展，對其動力 系統(tǒng)提出了更高的要求。航空發(fā)動機(jī)是飛機(jī)的"心臟"，而葉片是航空發(fā)動機(jī) 中使用最多的一類零件，在航空發(fā)動機(jī)中起著能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵作用。由于航空 發(fā)動機(jī)葉片運行是在高速、高壓和高溫狀態(tài)下，工作條件惡劣，鈦合金由于具 有強(qiáng)度高、耐熱性好和耐腐蝕等優(yōu)點，被認(rèn)為是航空發(fā)動機(jī)葉片制造的理想材 料之一；但是航空發(fā)動機(jī)鈦合金葉片在鍛造生產(chǎn)中，由于鍛造溫度高，設(shè)備載 荷大，模具易變形和磨損，導(dǎo)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(qiáng)度要求高，這又增加了模 具的制造成本，從而使鈦合金葉片鍛造的生產(chǎn)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有航空發(fā)動機(jī)上的鈦合金葉片在鍛造生產(chǎn)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(fā)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(xiàn)的步驟 一、充氫處理將鈦合金葉片坯料經(jīng)表面用丙酮清洗后，放置在管式置氫爐內(nèi)， 將爐內(nèi)抽真空至l(T3Pa，再將爐內(nèi)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，然后將爐內(nèi)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(jī)械加工將置氫鈦合金葉片坯料進(jìn)行機(jī)械加工成置氫 鈦合金葉片預(yù)制坯料；步驟三、第一次吹砂處理對置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料 表面進(jìn)行吹砂處理；步驟四、噴涂潤滑劑在置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料表面噴涂鈦合金玻璃潤滑劑；步驟五、模具預(yù)熱將模具放置于轉(zhuǎn)底式保護(hù)氣體電爐 中預(yù)熱，預(yù)熱溫度為70(TC 80(TC，然后將置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料裝入預(yù)熱 的模具內(nèi)，再將裝有置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料的模具移至液壓機(jī)上的電阻爐內(nèi)
升溫至80(TC 94(TC，保溫10 20分鐘，保溫期間溫度波動范圍為士rC;步驟 六、鍛造對置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料進(jìn)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(nèi)置氫鈦合金葉片預(yù)制坯 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(jìn)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(jìn)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于 真空熱處理爐內(nèi)，將爐內(nèi)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(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)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(jìn)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(xiàn)的步驟一、充氫處理-將鈦合金葉片坯料表面用丙酮清洗后，放置在管式置氫爐內(nèi)，將爐內(nèi)抽真空至
10—3Pa，再將爐內(nèi)升溫至70(TC 80(rC，保溫15分鐘，使鈦合金葉片坯料內(nèi)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，然后將爐內(nèi)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(jī)械加工將置氫鈦合金葉片坯 料進(jìn)行機(jī)械加工成置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料；步驟三、第一次吹砂處理對置 氫鈦合金葉片預(yù)制坯料表面進(jìn)行吹砂處理，以保證潤滑劑能粘附在坯料表面，
步驟四、噴涂潤滑劑在置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料表面噴涂鈦合金玻璃潤滑劑，
鈦合金玻璃潤滑劑采用北京天力創(chuàng)玻璃科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的型號為Ti-5D
的玻璃潤滑劑；步驟五、模具預(yù)熱將模具放置于轉(zhuǎn)底式保護(hù)氣體電爐中預(yù)熱， 預(yù)熱溫度為700°C~800°C，然后將置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料裝入預(yù)熱的模具內(nèi)，再將裝有置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料的模具移至液壓機(jī)上的電阻爐內(nèi)升溫至
800°C~94(TC，保溫10 20分鐘，保溫期間溫度波動范圍為士rC，液壓機(jī)采用 天津鍛壓機(jī)床廠生產(chǎn)的型號為6300KN的四柱式液壓機(jī)；步驟六、鍛造對置 氫鈦合金葉片預(yù)制坯料進(jìn)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(nèi)置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料，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(jìn)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(jìn)行清洗，以防止后續(xù)的真空除氫處理污染真空爐；步驟十、脫氫 將步驟九完成的置氫鈦合金葉片鍛造坯料置于真空熱處理爐內(nèi)，將爐內(nèi)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制造工程研究所自行研制的管式置氫 爐；步驟十的真空熱處理除氫，使得氫含量控制在安全范圍內(nèi)。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(yù)制坯料的模具在液壓機(jī)上的 電阻爐內(nèi)升溫應(yīng)為800 900。C范圍內(nèi)。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(fā)明的應(yīng)用實例 一、首先將016x25mm的TC4鈦合金葉片圓柱坯料 表面經(jīng)丙酮清洗，放置在北京航空制造工程研究所自行研制的管式置氫爐內(nèi)，抽真空至l(^Pa，將爐內(nèi)升溫至75(TC，保溫15分鐘，使鈦合金葉片坯料內(nèi)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小時后，將爐內(nèi)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、置氫后鈦合金葉片坯料經(jīng) 機(jī)械加工成預(yù)制坯料，三、對預(yù)制坯料表面進(jìn)行吹砂處理，在置氫鈦合金葉片 預(yù)制坯料表面噴涂北京天力創(chuàng)牌Ti-5D玻璃潤滑劑；四、將模具放置在功率為 80KW的轉(zhuǎn)底式保護(hù)氣體電爐中預(yù)熱，預(yù)熱溫度達(dá)75(TC，將置氫鈦合金葉片 預(yù)制坯料裝入預(yù)熱后的模具內(nèi)，將預(yù)熱后的模具和坯料一起移至液壓機(jī)上的電
阻爐內(nèi)升溫至85o'c，保溫i5分鐘，保溫期間溫度波動范圍為士rc;五、利
用天津鍛壓機(jī)床廠生產(chǎn)的型號為6300KN的四柱式液壓機(jī)對置氫鈦合金葉片 預(yù)制坯料進(jìn)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(nèi)置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料，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(jìn)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于真空熱處理爐內(nèi)，將爐內(nèi) 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(jīng)精密機(jī)械加工后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(yōu)于未置氫鈦合金葉片，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(guī)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(guī)鍛造工藝參數(shù)；(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(shù)下，置氫鈦合金鍛造葉片型面尺寸優(yōu)于未置 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(shè)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(quán)利要求
1、一種置氫鈦合金鍛造葉片的鍛造工藝，其特征在于所述工藝是通過以下步驟實現(xiàn)的步驟一、充氫處理將鈦合金葉片坯料表面用丙酮清洗后，放置在管式置氫爐內(nèi)，將爐內(nèi)抽真空至10-3Pa，再將爐內(nèi)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，然后將爐內(nèi)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(jī)械加工將置氫鈦合金葉片坯料進(jìn)行機(jī)械加工成置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料；步驟三、第一次吹砂處理對置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料表面進(jìn)行吹砂處理；步驟四、噴涂潤滑劑在置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料表面噴涂鈦合金玻璃潤滑劑；步驟五、模具預(yù)熱將模具放置于轉(zhuǎn)底式保護(hù)氣體電爐中預(yù)熱，預(yù)熱溫度為700℃～800℃，然后將置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料裝入預(yù)熱的模具內(nèi)，再將裝有置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料的模具移至液壓機(jī)上的電阻爐內(nèi)升溫至800℃～940℃，保溫10～20分鐘，保溫期間溫度波動范圍為±1℃；步驟六、鍛造對置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料進(jìn)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(nèi)置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料，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(jìn)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(jìn)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于真空熱處理爐內(nèi)，將爐內(nèi)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(jù)權(quán)利要求1所述置氫鈦合金鍛造葉片的鍛造工藝，其特征在于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(yù)制坯料的模具在液壓機(jī)上的電阻爐內(nèi)升溫應(yīng)為800 90(TC范圍內(nèi)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述置氫鈦合金鍛造葉片的鍛造工藝，其特征在于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(jù)權(quán)利要求1所述置氫鈦合金鍛造葉片的鍛造工藝，其特征在于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(jù)權(quán)利要求1所述置氫鈦合金鍛造葉片的鍛造工藝，其特征在于-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(fā)明為解決現(xiàn)有航空發(fā)動機(jī)上的鈦合金葉片在鍛造生產(chǎn)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(yù)制坯料；三、第一次吹砂處理；四、噴涂潤滑劑；五、將置氫鈦合金葉片預(yù)制坯料裝入預(yù)熱的模具內(nèi)；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(fā)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(jìn)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(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)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(yè)大學(xué)