[發(fā)明專利]基于耐熱合金的發(fā)動機(jī)渦輪盤優(yōu)化制造工藝及裝置

有效

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• 申請日: 2014-05-14
• 公開（公告）號: CN103934397A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳振清
• 申請（專利權(quán)）人: 上海駁原金屬材料有限公司
• 主分類號: B21J5/02
• 分類號: B21J5/02;B21J13/02;B21J1/06;B23P15/00
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種發(fā)動機(jī)零部件制造技術(shù)領(lǐng)域的方法及裝置，具體是一種基于耐熱合金的發(fā)動機(jī)渦輪盤優(yōu)化制造工藝及裝置。

背景技術(shù)

發(fā)動機(jī)渦輪盤是燃?xì)廨啓C(jī)最重要、工作條件最惡劣零件之一。渦輪盤一般都用復(fù)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(jī)械加工而成零件。這種材料由于含有大量Ni、Cr元素，實(shí)施機(jī)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(jī)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

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種基于耐熱合金的發(fā)動機(jī)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(jié)構(gòu)，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(shù)的誤區(qū)，在同一副預(yù)鍛和終鍛模具中，采用不同溫度范圍，預(yù)鍛模具采用1130℃，在終鍛時模具溫度降到中溫900℃，不僅有效消除高溫預(yù)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(shù)必須在真空或惰性氣體保護(hù)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(jī)械加工余量的同時具有批量生產(chǎn)條件。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種基于耐熱合金的發(fā)動機(jī)渦輪盤優(yōu)化制造工藝，包括以下步驟：

步驟1)采用GH4145高溫合金，經(jīng)過螺旋擠壓獲得直徑為的具有超細(xì)晶粒的毛坯。

步驟2)將經(jīng)過步驟1螺桿擠壓后的毛坯進(jìn)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(jìn)行預(yù)熱，且該閉式模鍛裝置安裝于16MN液壓機(jī)上。

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(shè)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(dāng)溫升到1130℃時仍保持0.1mm的單邊間隙，不致凸模卡在凹模內(nèi)。

所述的凹模中心與頂桿構(gòu)成補(bǔ)償空間，使得擠壓過程中多余金屬能夠流入該補(bǔ)償空間中，避免悶?zāi)２⒋蠓冉档湍ｅ懥Α?/p>

所述的補(bǔ)償空間，K為考慮圓鋼直徑誤差以及感應(yīng)加熱毛坯燒損量的補(bǔ)償系數(shù)，K取值為1～3％原始毛坯體積。

所述的閉式模鍛裝置可設(shè)置于6.3～16MN壓力機(jī)上，制備得到的渦輪盤毛坯最大直徑為

所述的閉式模鍛裝置的外部優(yōu)選設(shè)有氣電混合加熱裝置進(jìn)行加熱，該氣電混合加熱裝置的底部設(shè)有滾輪，當(dāng)不需要加熱時，可以方便移離。

所述的預(yù)熱過程中，毛坯與凸模和凹模的溫度相同。

步驟3)當(dāng)毛坯的預(yù)熱溫度達(dá)到1130℃時，啟動液壓機(jī)的橫梁在空氣環(huán)境下以10～100mm/s的速度下降，當(dāng)下降至毛坯壓下10～20mm位置時，應(yīng)變速率調(diào)整為10^‐2/s。

上述應(yīng)變速率即表示變形的快慢，也即變形速度，單位是1/秒(摘自《金屬塑性變形原理》機(jī)械工業(yè)出版社，1982年)

步驟4)當(dāng)完成步驟3)后，將凸模和凹模降溫，然后調(diào)整應(yīng)變速率為10^‐3/s的速度繼續(xù)下壓，從而消除了毛坯側(cè)表面形成瘤并制成渦輪盤鍛件。

所述的降溫是指：將凸模和凹模降至相對毛坯溫度低150～230℃。

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(shí)現(xiàn)。

所述的高溫合金是指：GH4145合金，其化學(xué)成分如表1所示。

表1

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)：

在渦輪盤的輪轂部位實(shí)現(xiàn)金屬自由流動，變形沿著輪轂周圍平板部分，壓力的分布亦在此部位，故能夠獲得更大直徑的毛坯；

在通用結(jié)構(gòu)的模架上，只要更換凸模和頂桿，使用一副模具可以實(shí)現(xiàn)幾個階段變形，并可以鍛出幾個規(guī)格尺寸的鍛件；

磨損的工作表面可用堆焊+機(jī)械加工方法多次修復(fù)。

所提供的渦輪盤毛坯具有超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的組織和穩(wěn)定的力學(xué)性能。

與傳統(tǒng)的在大功率壓力機(jī)上等溫模鍛燃?xì)廨啓C(jī)渦輪盤相比保證降低材料消耗1/2～2/5，同時減少機(jī)械加工量1/2～1/3。

由于終鍛溫度從1130℃降低到900℃，使原本終鍛時要在真空中或惰性氣體保護(hù)中成形的，而現(xiàn)在因溫度降低了，氧化大為減少，可在空氣中實(shí)現(xiàn)成形步驟。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：a為第一工步；b為第二工步；1凸模、2凹模、3頂桿、4毛坯。