專利名稱：提高tc4合金葉片機械性能的鍛造方法
技術領域：
本發明涉及一種鈦合金葉片的鍛造方法，具體是一種提高TC4合金葉片機械性能的鍛造方法。
背景技術：
渦扇航空發動機風扇葉片工作條件比較惡劣，而鈦合金具有比強度高、耐腐蝕和耐高溫等一系列優點，這使得鈦合金在風扇葉片領域獲得了大量的應用。比強度高是鈦合金的顯著優點，GJB2744-1996規定了 TC4合金鍛件機械性能指標室溫抗拉強度不小于 895MPa、屈服強度不小于825MPa ；400°C抗拉強度不小于600MPa、屈服強度不小于560MPa。文獻1 “TC4鈦合金氣輪機葉片精鍛工藝研究，李曉序，朱西平，航空制造技術， 2001，2 :53-54”公布TC4合金葉片鍛造后葉身室溫抗拉強度為925MPa、屈服強度為884MPa， 葉身400°C抗拉強度644MPa、屈服強度為593MPa。文獻2 "TC4鈦合金風扇轉子葉片模鍛工藝和性能研究，余小魯，李付國，鍛壓技術，2010，3 :19-21 ”公布TC4合金葉片鍛造后葉身室溫抗拉強度為950 985MPa、屈服強度為895 945MPa，葉身400°C抗拉強度630 675MPa。葉片在航空發動機中起著能量轉換的關鍵作用，葉片工作中承受巨大的離心力， 提高風扇葉片機械強度的重要性是不言而喻的。提高鈦合金葉片的機械性能可以提高發動機的循環參數，還可以為葉片減重，這些是提高發動機推重比的有效方法。因此，提高鈦合金葉片的機械性能一直是鈦合金葉片鍛造技術領域持續追求的目標。

發明內容
為了克服現有的TC4鈦合金葉片機械強度差的不足，本發明提供一種提高TC4合金葉片機械性能的鍛造方法。該方法通過對TC4合金進行固態置氫處理，以及鍛造工藝參數的優化，可以提高TC4鈦合金葉片的機械強度。本發明的技術方案是一種提高TC4合金葉片機械性能的鍛造方法，其特點是包括下述步驟步驟一、將TC4合金表面用丙酮清洗后，置入管式固態置氫爐中，抽真空到 1. 0Χ1(Γ3 1. 5 X 10 ,以 10 15°C /min 的速度加熱至 700 850°C，保溫 10 15min， 按TC4合金坯料的重量百分比充入0. 2 0. 5%的氫氣，充入氫氣的流量為0. 5 1. 5L/ min，保溫2 汕，以5 10°C /min的速度冷卻至室溫，即得到固態置氫鈦合金；步驟二、 將固態置氫鈦合金機械加工成固態置氫鈦合金預制坯料；步驟三、對固態置氫鈦合金預制坯料表面進行吹砂和打磨處理；步驟四、在固態置氫鈦合金預制坯料表面噴涂玻璃潤滑劑； 步驟五、將鍛造模具安裝于曲柄壓力機上，將模具加熱至250 300°C保溫；步驟六、將涂有玻璃潤滑劑的固態置氫鈦合金預制坯料放入箱式電阻加熱爐中，爐溫為760 820°C，保溫20 30min ；步驟七、將固態置氫鈦合金預制坯料從箱式電阻加熱爐移出，放置于鍛造模具的下模上，對固態置氫鈦合金預制坯料進行鍛造；步驟八、將固態置氫鈦合金葉片鍛件去處飛邊；步驟九、對固態置氫鈦合金鍛件表面進行吹砂和打磨處理；步驟十、將固態置氫鈦合金鍛件表面清潔后，置入管式固態置氫爐中，抽真空到1. 0X10_3 1. 5 X 10 ,以5 150C /min的速度加熱至700 750°C，爐內真空度高于3X KT3Pa后保溫2 3h，以5 IO0C /min的速度冷卻至室溫。本發明的有益效果是由于對TC4合金進行固態置氫處理，以及鍛造工藝參數的優化，使TC4鈦合金的室溫抗拉強度由背景技術的925 985MPa提高到1055 1065MPa， 室溫屈服強度由背景技術的884 945ΜΙ^提高到990 IOOOMPa ；400°C抗拉強度由630 675提高到700 710MPa，400°C屈服強度由背景技術的593MPa提高到605 615MPa。下面結合具體實施方式
對本發明作詳細說明。
具體實施例方式實施例1:步驟一、固態置氫將Φ39πιπι>^62πιπι的TC4合金圓柱表面用丙酮清洗后，置入管式固態置氫爐中，抽真空到1.0 X10_3Pa，以IO0C /min的速度加熱至700°C，保溫lOmin，按鈦合金坯料的重量百分比充入0. 5%的氫氣，充入氫氣的流量為0. 5L/min，保溫3h，以約 IO0C /min的速度冷卻至室溫；步驟二、機械加工將固態置氫鈦合金進行機械加工成固態置氫鈦合金預制坯料；步驟三、吹砂和打磨對固態置氫鈦合金預制坯料表面進行吹砂和打磨處理；步驟四、噴涂潤滑劑在固態置氫鈦合金預制坯料表面噴涂天力創牌Ti-5D玻璃潤滑劑；步驟五、安裝模具及預熱鍛造設備為2500噸曲柄壓力機，設備參數為曲柄長 175mm、連桿長為1050mm、滑塊每分鐘的行程為60次，將鍛造模具安裝于曲柄壓力機上，將模具加熱至250°C保溫；步驟六、鍛前加熱將涂有玻璃潤滑劑的固態置氫鈦合金預制坯料放入箱式電阻加熱爐中，爐溫為760°C，保溫30min ；步驟七、鍛造將固態置氫鈦合金預制坯料從箱式電阻加熱爐移出，放置于鍛造模具的下模上，對固態置氫鈦合金預制坯料進行鍛造；步驟八、去飛邊將固態置氫鈦合金葉片鍛件去處飛邊；步驟九、吹砂和打磨對固態置氫鈦合金鍛件表面進行吹砂和打磨處理；步驟十、除氫將固態置氫鈦合金鍛件表面清潔后，置入管式固態置氫爐中，抽真空到1.0X10_3Pa，&5°C /min的速度加熱至700°C，爐內真空度高于3X 10’a后保溫2h，以10°C /min的速度冷卻至室溫。對葉片進行拉伸性能測試，室溫抗拉強度為1055MPa、屈服強度為990MPa，40(TC 抗拉強度為700MPa、屈服強度為605MPa。實施例2:步驟一、固態置氫將Φ39πιπι>^62πιπι的TC4合金圓柱表面用丙酮清洗后，置入管式固態置氫爐中，抽真空到1. 5X 10 ,以約15°C /min的速度加熱至850°C，保溫IOmin, 按鈦合金坯料的重量百分比充入0. 2%的氫氣，充入氫氣的流量為lL/min，保溫2h，以大約 50C /min的速度冷卻至室溫；步驟二、機械加工將固態置氫鈦合金機械加工成固態置氫鈦合金預制坯料；步驟三、吹砂和打磨對固態置氫鈦合金預制坯料表面進行吹砂和打磨處理；步驟四、噴涂潤滑劑在固態置氫鈦合金預制坯料表面噴涂天力創牌Ti-5D玻璃潤滑劑；步驟五、安裝模具及預熱鍛造設備為2500噸曲柄壓力機，設備參數為曲柄長175mm、連桿長為1050mm、滑塊每分鐘的行程為65次，將鍛造模具安裝于曲柄壓力機上，將模具加熱至300°C保溫；步驟六、鍛前加熱將涂有玻璃潤滑劑的固態置氫鈦合金預制坯料放入箱式電阻加熱爐中，爐溫為820°C，保溫20min ；步驟七、鍛造將固態置氫鈦合金預制坯料從箱式電阻加熱爐移出，放置于鍛造模具的下模上，對固態置氫鈦合金預制坯料進行鍛造；步驟八、去飛邊將固態置氫鈦合金葉片鍛件去處飛邊；步驟九、吹砂和打磨對固態置氫鈦合金鍛件表面進行吹砂和打磨處理；步驟十、除氫將固態置氫鈦合金鍛件表面清潔后，置入管式固態置氫爐中，抽真空到1.5X10_3Pa，&15°C /min的速度加熱至750°C，爐內真空度高于3X 10_3Pa后保溫3h，以10°C /min的速度冷卻至室溫。對葉片進行拉伸性能測試，室溫抗拉強度為1065MPa、屈服強度為lOOOMPa，400°C 抗拉強度為710MPa、屈服強度為615MPa。實施例3:步驟一、固態置氫將Φ39πιπι>^62πιπι的TC4合金圓柱表面用丙酮清洗后，置入管式固態置氫爐中，抽真空到1. 0X10_3Pa，以約IO0C /min的速度加熱至800°C，保溫15min, 按鈦合金坯料的重量百分比充入0. 2%的氫氣，充入氫氣的流量為1. 5L/min，保溫2h，以約 IO0C /min的速度冷卻至室溫；步驟二、機械加工將固態置氫鈦合金機械加工成固態置氫鈦合金預制坯料；步驟三、吹砂和打磨對固態置氫鈦合金預制坯料表面進行吹砂和打磨處理；步驟四、噴涂潤滑劑在固態置氫鈦合金預制坯料表面噴涂天力創牌Ti-5D玻璃潤滑劑；步驟五、安裝模具及預熱鍛造設備為2500噸曲柄壓力機，設備參數為曲柄長175mm、連桿長為1050mm、滑塊每分鐘的行程為60次，將鍛造模具安裝于曲柄壓力機上，將模具加熱至250°C保溫；步驟六、鍛前加熱將涂有玻璃潤滑劑的固態置氫鈦合金預制坯料放入箱式電阻加熱爐中，爐溫為790°C，保溫30min ；步驟七、鍛造將固態置氫鈦合金預制坯料從箱式電阻加熱爐移出，放置于鍛造模具的下模上，對固態置氫鈦合金預制坯料進行鍛造；步驟八、去飛邊將固態置氫鈦合金葉片鍛件去處飛邊；步驟九、吹砂和打磨對固態置氫鈦合金鍛件表面進行吹砂和打磨處理；步驟十、除氫將固態置氫鈦合金鍛件表面清潔后，置入管式固態置氫爐中，抽真空到1.0X10_3Pa，Wl(TC /min的速度加熱至700°C，爐內真空度高于3X 10_3Pa后保溫2h，以10°C /min的速度冷卻至室溫。對葉片進行拉伸性能測試，室溫抗拉強度為1060MPa、屈服強度為995MPa，400°C 抗拉強度為710MPa、屈服強度為605MPa。通過上述實例可看出本發明制造的TC4合金葉片的拉伸強度達到GJB2744-1996 的要求，抗拉強度和屈服強度明顯高于文獻1和文獻2中對應的指標。由此可見，固態置氫處理可顯著提高TC4合金鍛造葉片的機械性能。
權利要求
1. 一種提高TC4合金葉片機械性能的鍛造方法，其特征在于包括下述步驟 步驟一、將TC4合金表面用丙酮清洗后，置入管式固態置氫爐中，抽真空到1. 0X 10_3 1. 5 X 10 ,以10 15°C /min的速度加熱至700 850°C，保溫10 15min，按TC4合金坯料的重量百分比充入0. 2 0. 5%的氫氣，充入氫氣的流量為0. 5 1. 5L/min，保溫2 3h，以5 10°C /min的速度冷卻至室溫，即得到固態置氫鈦合金； 步驟二、將固態置氫鈦合金機械加工成固態置氫鈦合金預制坯料； 步驟三、對固態置氫鈦合金預制坯料表面進行吹砂和打磨處理； 步驟四、在固態置氫鈦合金預制坯料表面噴涂玻璃潤滑劑； 步驟五、將鍛造模具安裝于曲柄壓力機上，將模具加熱至250 300°C保溫； 步驟六、將涂有玻璃潤滑劑的固態置氫鈦合金預制坯料放入箱式電阻加熱爐中，爐溫為 760 820°C，保溫 20 30min ；步驟七、將固態置氫鈦合金預制坯料從箱式電阻加熱爐移出，放置于鍛造模具的下模上，對固態置氫鈦合金預制坯料進行鍛造；步驟八、將固態置氫鈦合金葉片鍛件去處飛邊； 步驟九、對固態置氫鈦合金鍛件表面進行吹砂和打磨處理；步驟十、將固態置氫鈦合金鍛件表面清潔后，置入管式固態置氫爐中，抽真空到 1. 0Χ1(Γ3 1. 5X 10 ,以5 15°C /min的速度加熱至700 750°C，爐內真空度高于 3 X KT3Pa后保溫2 3h，以5 10°C /min的速度冷卻至室溫。
全文摘要
本發明涉及一種提高TC4合金葉片機械性能的鍛造方法，用于解決現有的TC4鈦合金葉片機械強度差的技術問題。技術方案是通過對TC4合金進行固態置氫處理，將處理得到的固態置氫鈦合金坯料機械加工成固態置氫鈦合金預制坯料；吹砂和打磨；噴涂潤滑劑；鍛前加熱；對固態置氫鈦合金預制坯料進行鍛造，得到固態置氫鈦合金葉片鍛件；去飛邊；吹砂和打磨；除氫。由于對TC4合金進行了固態置氫處理，使TC4鈦合金的室溫抗拉強度由背景技術的925～985MPa提高到1055～1065MPa，室溫屈服強度由背景技術的884～945MPa提高到990～1000MPa；400℃抗拉強度由630～675提高到700～710MPa，400℃屈服強度由背景技術的593MPa提高到605～615MPa。
文檔編號B21K3/04GK102319865SQ201110197708
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月14日 優先權日2011年7月14日
發明者于衛新, 朱堂葵, 李淼泉, 羅皎 申請人:西北工業大學