[發明專利]一種鈦合金整體框形件的等溫鍛造方法

在審

• 申請號: 201310754334.3
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN104646578A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 楊旭;李雄;賀飛;陳冬梅;許廣興
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司沈陽飛機設計研究所
• 主分類號: B21J5/02
• 分類號: B21J5/02
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 高原

技術領域

本發明屬于新材料與先進制造技術領域，具體涉及一種鈦合金整體框形件的等溫鍛造成形方法。

背景技術

鈦合金是一種難變形合金，它的流變應力大于鋁合金及合金鋼等常見合金，在鍛造過程中需要更大的載荷。大型鈦合金模鍛件的鍛造一般采用壓力機或對擊錘，電液錘、蒸汽錘和空氣錘等設備無法提供鍛造大型鈦合金鍛件所需要的壓力。對擊錘是利用錘的高速沖擊來使金屬發生變形，極容易使金屬局部過熱，特別是對鈦合金這樣導熱性差的材料，從而影響鍛件的組織性能；國內最大的對擊錘為100噸，無法鍛造投影面積超過1m²的鈦合金鍛件。采用普通鍛造方式鍛造投影面積為1m²的鈦合金鍛件約需要4萬噸壓力，而國內最大的模鍛壓機為1萬噸，顯然不能夠滿足。

對于大型鈦合金框形件，國內往往采取鍛造幾個相對較小的鍛件再拼焊成一個完整大鍛件的方法。鈦合金焊接要求嚴格，雖然國內引進了大型電子束焊接設備，但焊接成本高，且焊接件比整體鍛件可靠性要差。普通鍛件輪廓較粗，加工余量大，而鈦合金又屬于難機加工的金屬，不但要求低進刀量和低切削速度，而且鈦合金的導熱性差，據Sandvik公司的研究，在很低的切削速度下其刃部溫度很容易達到1000℃以上，對刀具損害很大。據國外統計，對于形狀復雜的普通模鍛件，零件與鍛件質量比小于10％，也就是說90％以上的金屬被機加工去除。鈦合金價格昂貴，鍛件去除的金屬量太多將導致零件成本大幅度增加。

近三、四十年來，隨著對戰斗機的戰技性能要求越來越高，鍛件尺寸越來越大。鍛件投影面積越大、形狀越復雜，所需設備的噸位就越大。但壓機的噸位不能無限制增大，原因是：建造大型壓機需要巨額資金，生產過程中能耗大，設備的維護困難，折舊費用高昂等。上世紀九十年代，美國魏曼·戈登公司為應對外國競爭者尤其是法國公司的競爭(前者擁有4.5萬噸壓機，后者擁有6.5萬噸壓機)，在建造新的10萬噸大型壓機和開發新的鍛造技術上作出了選擇，即開發步進鍛造技術生產大型鍛件，這項技術已被廣泛應用在大型鈦合金及高溫合金鍛件上，在與法國這樣擁有大噸位壓機的國家的競爭中取得了勝利，確保了在美國市場的絕對地位。魏曼·戈登公司生產的一個TC4整體隔框鍛件，重2770kg，投影面積5.53m²，是迄今為止世界上最大的航空用鈦合金鍛件。步進鍛造技術除壓機提供的動力外，還另需提供動力以調整模具的高度，在熱模鍛中實現難度較大，目前國內尚未開發出類似的技術。

等溫鍛造是較新型的一種鍛造技術，它的特點是：①適合于成形大型復雜件。等溫鍛造充分利用了材料在高溫下變形抗力低及超塑性，鍛造高筋薄腹及大型鍛件非常適合，可避免／減少鉚接、螺栓等連接方式，是減輕結構重量的有效手段；②鍛件精度高，加工余量小。可節省大量貴重金屬，大幅度減少機加工工時，批產后有明顯的成本優勢，如生產同一渦輪發動機零件所用原料只有普通熱模鍛的1／3；③等溫鍛造所需的加熱次數少。普通模鍛需16火才能鍛成的鍛件，等溫鍛造只需1～2火，這樣更易于控制鍛件性能。由于等溫鍛造形變速率小，所以不會產生類似快速鍛造時的過熱組織。

國內最大的鈦合金等溫鍛件曾由寶鋼特鋼公司鍛造，其投影面積為0.48m²，但投影面積1m²以上的鈦合金鍛件國內還沒有涉足，而大型非對稱框形件難度尤大。

發明內容

本發明的目的是：針對上述背景技術中存在的問題，提出一種鈦合金整體框形件的等溫鍛造方法。

本發明的技術方案是：一種鈦合金整體框形件的等溫鍛造方法，其特征在于，包括步驟如下：

第一，制坯：將圓棒自由鍛成長∶寬∶高＝(8-8.5)∶(2-2.5)∶1的方坯，自由鍛至少保證最后一火在兩相區鍛造；

第二，等溫鍛造：方坯在等溫模鍛前涂上玻璃涂料，在等溫鍛造模具中放置時與水平呈10～16°夾角，加熱溫度為T_β以下30～100℃，等溫鍛造模具溫度低于方坯10～30℃；初始加載速率不超過2mm／s，壓力表上指示到8000±100噸時，保壓5～10分鐘，然后將壓力增加到9500～9700噸保壓8～15分鐘；

將所述步驟二中等溫模鍛出來的鍛坯機加工去掉中間的連板，獲得最終鍛件。

所述步驟二中，方坯一端和模具一側壁相抵。

所述玻璃涂料為Al₂O₃類。