基于耐熱合金的發(fā)動機渦輪盤優(yōu)化制造工藝及裝置制造方法
【專利摘要】一種發(fā)動機零部件制造【技術領域】的基于耐熱合金的發(fā)動機渦輪盤優(yōu)化制造工藝及裝置，采用GH4145毛坯，經(jīng)預熱后進行一次擠壓，然后通過單獨對凸模和凹模降溫，并進行二次擠壓，從而消除了毛坯側表面形成瘤并制成渦輪盤鍛件。使用較為便宜的鎳基合金作為模具材質(zhì)，模具本身采用無飛邊槽的閉式結構，不僅降低了模鍛力，而且節(jié)約了貴金屬；相比現(xiàn)有技術必須在真空或惰性氣體保護下才能工作，本發(fā)明在空氣中即可等溫模鍛出帶有雙輪轂高質(zhì)量渦輪盤，在提高貴金屬利用率并減少機械加工余量的同時具有批量生產(chǎn)條件。
【專利說明】基于耐熱合金的發(fā)動機渦輪盤優(yōu)化制造工藝及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種發(fā)動機零部件制造【技術領域】的方法及裝置，具體是一種基于耐熱合金的發(fā)動機渦輪盤優(yōu)化制造工藝及裝置。
【背景技術】
[0002]發(fā)動機渦輪盤是燃氣輪機最重要、工作條件最惡劣零件之一。渦輪盤一般都用復雜合金化的高性能高溫合金中的變形性能最差合金鍛造成毛坯，再經(jīng)機械加工而成零件。這種材料由于含有大量N1、Cr元素，實施機械加工十分困難。目前，對毛坯的鍛造一般都是開式模鍛，甚至自由鍛制坯，因此，鍛出的鍛件“肥頭大耳”，機械加工量巨大，制造成本高居不下，產(chǎn)品質(zhì)量難以滿足航天、航空之需。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提出一種基于耐熱合金的發(fā)動機渦輪盤優(yōu)化制造工藝及裝置，使用較為便宜的鎳基合金作為模具材質(zhì)，模具本身采用無飛邊槽的閉式結構，不僅降低了模鍛力，而且節(jié)約了貴金屬；打破了現(xiàn)有技術的誤區(qū)，在同一副預鍛和終鍛模具中，采用不同溫度范圍，預鍛模具采用1130°C，在終鍛時模具溫度降到中溫900°C，不僅有效消除高溫預鍛時折疊，而且在空氣中即可近似等溫模鍛出帶有雙輪轂高質(zhì)量渦輪盤，相比現(xiàn)有技術必須在真空或惰性氣體保護下才能工作苛刻條件，本發(fā)明在提高貴金屬利用率并減少機械加工余量的同時具有批量生產(chǎn)條件。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明涉及一種基于耐熱合金的發(fā)動機渦輪盤優(yōu)化制造工藝，包括以下步驟:
[0006]步驟I)采用GH4145高溫合金，經(jīng)過螺旋擠壓獲得直徑為<pl50mm的具有超細晶粒的毛坯。
[0007]步驟2)將經(jīng)過步驟I螺桿擠壓后的毛坯進行噴丸清理以去除氧化皮后，在毛坯表面涂上玻璃潤滑劑FR - 4，干燥后按軸向方式置于閉式模鍛裝置中進行預熱，且該閉式模鍛裝置安裝于16MN液壓機上。
[0008]所述的閉式模鍛裝置為無飛邊槽的閉式模具，包括:凸模、凹模以及活動設置于凹模中心的圓孔內(nèi)的頂桿。
[0009]所述的凸模的外表面與凹模的內(nèi)表面滿足當溫升到1130°C時仍保持0.1mm的單邊間隙，不致凸?？ㄔ诎寄?nèi)。
[0010]所述的凹模中心與頂桿構成補償空間，使得擠壓過程中多余金屬能夠流入該補償空間中，避免悶模并大幅度降低模鍛力。
[0011]所述的補償空間，K為考慮圓鋼直徑誤差以及感應加熱毛坯燒損量的補償系數(shù)，K取值為I?3%原始毛坯體積。
[0012]所述的閉式模鍛裝置可設置于6.3?16MN壓力機上，制備得到的渦輪盤毛坯最大直徑為φ200?400mm。[0013]所述的閉式模鍛裝置的外部優(yōu)選設有氣電混合加熱裝置進行加熱，該氣電混合加熱裝置的底部設有滾輪，當不需要加熱時，可以方便移離。
[0014]所述的預熱過程中，毛坯與凸模和凹模的溫度相同。
[0015]步驟3)當毛坯的預熱溫度達到1130°C時，啟動液壓機的橫梁在空氣環(huán)境下以10~100mm/s的速度下降，當下降至毛還壓下10~20mm位置時,應變速率調(diào)整為10_2/s。
[0016]上述應變速率即表示變形的快慢，也即變形速度，單位是I/秒(摘自《金屬塑性變形原理》機械工業(yè)出版社，1982年)
[0017]步驟4)當完成步驟3)后，將凸模和凹模降溫，然后調(diào)整應變速率為10_3/s的速度繼續(xù)下壓，從而消除了毛坯側表面形成瘤并制成渦輪盤鍛件。
[0018]所述的降溫是指:將凸模和凹模降至相對毛坯溫度低150~230°C。
[0019]所述的降溫優(yōu)選通過調(diào)整氣電混合加熱裝置的功率實現(xiàn)。
[0020]所述的高溫合金是指:GH4145合金，其化學成分如表1所示。
[0021]表1
【權利要求】
1.一種基于耐熱合金的發(fā)動機渦輪盤優(yōu)化制造工藝，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I)采用GH4145高溫合金，經(jīng)過螺旋擠壓獲得直徑為CplSOmm的具有超細晶粒的毛還; 步驟2)將經(jīng)過步驟I螺桿擠壓后的毛坯置于閉式模鍛裝置中進行預熱； 步驟3)當毛坯的預熱溫度達到1130°C時，啟動液壓機的橫梁在空氣環(huán)境下以10?100mm/s的速度下降，當下降至毛還壓下10?20mm位置時,應變速率調(diào)整為ICT2?ICT3/s ； 步驟4)當完成步驟3)后，將凸模和凹模降溫，然后調(diào)整應變速率為10_3/s的速度繼續(xù)下壓，從而消除了毛坯側表面形成瘤并制成渦輪盤鍛件。
2.根據(jù)權利要求1所述的工藝，其特征是，步驟2中，毛坯先經(jīng)噴丸清理以去除氧化皮后，在毛坯表面涂上玻璃潤滑劑并干燥后再置于閉式模鍛裝置中進行預熱。
3.根據(jù)權利要求1所述的工藝，其特征是，所述的液壓機的輸出功率為16MN。
4.根據(jù)權利要求1所述的工藝，其特征是，所述的降溫是指:將凸模和凹模降至相對毛坯溫度降低100?150°C。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的工藝，其特征是，所述的預熱過程中，毛坯與凸模和凹模的溫度相同。
6.根據(jù)權利要求1所述的工藝，其特征是，步驟I中所述的螺旋擠壓具體包括: 1.1)將擠壓毛坯制成矩形截面四棱體； 1.2)將內(nèi)置有步驟1.1)中得到的矩形截面四棱體的螺桿模具設置于液壓機上并啟動液壓機，矩形截面四棱體經(jīng)由擠壓驅(qū)動機構推動并通過內(nèi)部設有螺紋矩形截面通道的凹模機構； 上述步驟1.2由若干個擠壓周期組成。
7.根據(jù)權利要求6所述的工藝，其特征是，在一個所述的擠壓周期中: 1.2.1)矩形截面四棱體經(jīng)由擠壓驅(qū)動機構推動從第一腔室位移到第二腔室，柱塞抵達支撐套筒的上平面； 1.2.2)柱塞上行，將帶有矩形截面四棱體的凹模機構倒轉，然后重復步驟1.2.1)，即到達第一腔室后完成一個擠壓周期。
8.一種實現(xiàn)上述任一權利要求所述工藝的閉式模鍛裝置，其特征在于，該裝置為無飛邊槽的閉式模具，包括:凸模、凹模以及活動設置于凹模中心的圓孔內(nèi)的頂桿； 所述的凸模的外表面與凹模的內(nèi)表面滿足當溫升到1130°C時仍保持0.1mm的單邊間隙。
9.根據(jù)權利要求8所述的閉式模鍛裝置，其特征是，所述的凹模中心與頂桿構成補償空間，K為考慮圓鋼直徑誤差以及感應加熱毛坯燒損量的補償系數(shù)，K取值為I?3%原始毛坯體積，使得擠壓過程中多余金屬能夠流入該補償空間中以避免悶模并降低模鍛力。
10.根據(jù)權利要求8所述的閉式模鍛裝置，其特征是，所述的閉式模鍛裝置的外部設有氣電混合加熱裝置進行加熱。
【文檔編號】B23P15/00GK103934397SQ201410203203
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月14日 優(yōu)先權日:2014年5月14日
【發(fā)明者】吳振清 申請人:上海駁原金屬材料有限公司