超細(xì)晶粒鈦合金護(hù)套及其復(fù)合擠壓成形模具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及的是一種金屬處理領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種用于碳纖維葉片的超 細(xì)晶粒鈦合金護(hù)套及其復(fù)合擠壓成形模具。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代航空發(fā)動機風(fēng)扇和壓縮機葉片使用碳纖維制造。由于在保證結(jié)構(gòu)強度和可靠 性條件下大幅度地減輕了質(zhì)量，與鈦合金葉片比較有更為光明的前景。
[0003] 但是，碳纖維葉片最大弱點，即葉片在使用過程中，前緣部分最常受到表面磨蝕和 外面進(jìn)入物體打擊作用，砂石和飛鳥等等。因此為了保證飛行安全，葉片的前緣借助于固定 零件或膠水施以高強度鈦合金保護(hù)。然而，鈦合金防護(hù)套的制造是足夠復(fù)雜的課題，因為防 護(hù)套有不同截面，零件的截面厚度差很大，包括薄的壁和增強的厚重前緣橫截面;此外，護(hù) 套有復(fù)雜的空間形狀，包括在水平面方向上有曲面形狀和直立彎曲平面。
[0004] 美國有色燃?xì)馔钙焦荆–hromalloy Gas Turbine Corporation USA)設(shè)計并使 用鈦合金TC4(Ti-6Al-4V)立體毛坯制造護(hù)套。毛坯借助銑削制出內(nèi)部V形型腔。接著在模具 中擠壓成形側(cè)壁，擠壓溫度850~900°C，再進(jìn)行最后的機械加工。零件的壁厚只有0.5~ 0.2mm。沒有保護(hù)性氣體導(dǎo)致表面氣體飽和。在如此高的溫度下擠壓鈦合金，務(wù)必需要昂貴 的鎳基高溫合金做模具;在沒有保護(hù)氣氛下作業(yè)，使擠出薄壁受到氣體(如氧氣、氫氣等)傷 害。為了去除工件受浸的表面，必須要做大量機械加工，這樣，不僅切除了受氣體浸蝕表面， 而且也切除了擠壓中形成的纖維流線，使流線外露，增加應(yīng)力腐蝕機會。
[0005] 經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN103009018A，公開（公告）日 2013.04.03,公開了一種超細(xì)晶、高強度合金葉片鍛件的制造方法，制造過程包括，擠壓、終 鍛、切毛邊、熱處理，所述的擠壓過程前采用鋇鹽爐加熱;所述的擠壓模具采用"菱形葉身和 榫頭"對開式方形錐臺結(jié)構(gòu)，并對擠壓模具喉部進(jìn)行強化處理;但該技術(shù)二次擠壓(變形量 20~60%)只能達(dá)到細(xì)晶粒，且該工藝無法適用于鈦合金TC4。
[0006] 中國專利文獻(xiàn)號CN1439467，公開(公告）日2003.09.03，公開了一種熱強鈦合金葉 片的擠壓、精密輥鍛方法，采用擠壓小余量半精鍛葉片作為輥鍛工藝的坯料，采取有效防護(hù) 潤滑涂層，和采用化學(xué)銑削工藝清除各種加熱中形成的污染層;優(yōu)選中溫輥鍛工藝實現(xiàn)了 中、小型壓氣機鈦合金葉片微余量0. l〇mm)的精密輥鍛成形；以及采用真空除氫和調(diào)整 葉片組織性能的熱處理相結(jié)合的工藝，主要工藝流程是：下料，涂玻璃潤滑劑；熱擠壓；打 磨、清理玻璃潤滑劑;化銑除污染層;真空再結(jié)晶退火;粗加工葉片榫頭及轉(zhuǎn)接圓角;溫?zé)?輥鍛;第二次除玻璃潤滑劑及化銑除污染;真空除氫及再結(jié)晶退火;校正;第二次退火;精密 機械加工，但該技術(shù)處理對象形狀較為簡單，截面變化小。無法適用于護(hù)套的成形。
[0007] 中國專利文獻(xiàn)號0附03781588六，公開（公告）日2014.05.07，公開了一種制作用于 加強葉片12的前緣16的加強件30的方法，其中，所述加強件30通過受壓熱噴涂在所述前緣 16上沉積金屬涂層來制作。一種葉片12,特別是渦輪機引擎的葉片，直升機的葉片，或者螺 旋槳的葉片，在其中前緣16受到這樣的加強件的保護(hù)。但該技術(shù)中熱噴涂到前緣上的金屬 僅受壓力40Pa，不能經(jīng)受超塑性模鍛擠壓那樣壓力80~120MPa充分變形，因此有些像鑄造 組織那樣晶粒粗大，這樣護(hù)套抗沖擊力和耐蝕能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如鈦合金的擠壓件強度極限〇b = 1200~1500MPa;此外，該技術(shù)對噴涂表面處理、設(shè)備、填料等都很復(fù)雜、繁瑣，實施條件要求 苛刻。 【實用新型內(nèi)容】
[0008] 本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種超細(xì)晶粒鈦合金護(hù)套及其復(fù) 合擠壓成形模具，先對鈦合金TC4晶粒組織做超細(xì)化處理，使其超塑性成形溫度由900°C降 至|J650°C;然后通過一般熱模具鋼成形，不必用昂貴的難以機械加工的高溫合金做模具，以 大幅度降低成本。用精密模鍛方法在保護(hù)性氣氛中成形薄壁，使其極少機械加工，保護(hù)流線 完整流暢，以大幅度提高其抗應(yīng)力腐蝕能力，其強度也增加20~30%。
[0009] 本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0010] 本實用新型涉及一種超細(xì)晶粒鈦合金護(hù)套及其復(fù)合擠壓成形模具，包括:上模機 構(gòu)以及帶有模芯的下模機構(gòu)，其中：下模機構(gòu)內(nèi)設(shè)有倒梯形空腔，模芯活動設(shè)置于空腔內(nèi)并 正對上模機構(gòu)；該模芯由兩塊相同結(jié)構(gòu)且相對設(shè)置的半凹模組成，兩個半凹模和上模機構(gòu) 中的凸模構(gòu)成模具型腔。
[0011] 所述的上模機構(gòu)包括：由上而下依次固定連接的上模板、上模座以及定位圈，以及 活動設(shè)置于定位圈內(nèi)的凸模，其中：定位圈與上模機構(gòu)固定連接。
[0012] 所述的凸模的頂端為U形結(jié)構(gòu)或V形結(jié)構(gòu)，分別可以用于正反擠壓和彎曲校正處 理。
[0013] 所述的半凹模優(yōu)選根據(jù)凸模頂端的結(jié)構(gòu)不同和工步工件形狀不同具有對應(yīng)的半 凹模尺寸。
[0014] 所述的定位滑道的外部優(yōu)選設(shè)有感應(yīng)加熱器，對應(yīng)所述的半凹模中設(shè)有與之相連 的熱電偶，從而實現(xiàn)對毛坯及模具溫度的控制。
[0015] 所述的滑動連接通過導(dǎo)柱機構(gòu)實現(xiàn)。
[0016] 所述的下模機構(gòu)包括：固定設(shè)置于下模座上的模芯固定塊和定位滑道，以及活動 設(shè)置于模芯固定塊和定位滑道之間的兩個導(dǎo)套，其中：模芯固定塊和定位滑道構(gòu)成所述倒 梯形空腔，兩塊相同結(jié)構(gòu)且相對設(shè)置的導(dǎo)套正對所述半凹模的底部。
[0017] 所述的導(dǎo)套通過下頂桿驅(qū)動并進(jìn)行向上運動以實現(xiàn)退料。
[0018] 所述的上模座和下模座中優(yōu)選設(shè)有冷卻水管。
[0019] 本實用新型涉及上述模具制備得到的超細(xì)晶粒鈦合金護(hù)套，為長條形V形結(jié)構(gòu)，該 護(hù)套內(nèi)腔的曲線形狀與葉片外緣相匹配。
[0020] 本實用新型涉及上述超細(xì)晶粒鈦合金護(hù)套的應(yīng)用，通過高強度粘結(jié)劑固定于葉片 上。
[0021 ]技術(shù)效果
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型工藝得到的護(hù)套壁的成形均勻，在壁部對數(shù)變形程 度達(dá)到3,力學(xué)性能平均提高20~30%。在溫度不超過700°C條件下，本實用新型大幅度 地降低了制造零件的成本。
【附圖說明】
[0023] 圖1為護(hù)套超塑性復(fù)合擠壓模具示意圖；
[0024] 圖中：a為裝配示意圖；b~d為模芯工作示意圖；1螺釘、2上模板、3定位圈、4感應(yīng)加 熱器、5螺釘、6定位滑道、7銷釘、8螺釘、9毛坯、10下頂桿、11凸模、12導(dǎo)銷、13半凹模、14通水 上模座、15凹模固定塊、16導(dǎo)套、17導(dǎo)柱、18熱電偶、19冷卻水管、20通水下模座、21墊板、22 護(hù)套正擠前緣后半成品、23護(hù)套反擠側(cè)壁后半成品。
[0025] 圖2為棒材經(jīng)過變換軸向載荷鐓拔示意圖；
[0026] 圖3為V形結(jié)構(gòu)的凸模的彎曲工步示意圖：
[0027]圖中：24護(hù)套鍛件；
[0028]圖4為本實用新型成品護(hù)套鍛件立體示意圖。
【具體實施方式】
[0029]本實施例以鈦合金T C 4為實施材料，毛坯超細(xì)晶粒組織的制備包括要用直徑 (P70mm棒料、變換軸向載荷、在逐步降低溫度條件下沿著Χ、Υ、Ζ軸方向反復(fù)多次鐓粗、拔 長，如圖2所示，其具體操作步驟如下：
[0030] 采用組分為：5.8~6·5%Α1、3·9~4.2%V、0.12%Fe、<0.15%Si、0.08%C、<