一种大型TC17钛合金整体叶盘锻件β热模锻造成形的方法技术

本发明专利技术公开了一种大型TC17钛合金整体叶盘锻件β热模锻造成形的方法，本发明专利技术将TC17钛合金棒材依次进行自由锻制坯、β热模锻和热处理，通过调整处理工艺参数，进一步细化β锻组织，改善锻件整体组织均匀性，得到最有利于TC17钛合金整体叶盘锻件的强度、韧性及疲劳性能指标匹配的组织类型，并保证了各部位整体性能的一致性。本发明专利技术所制备的TC17钛合金整体叶盘锻件具有较高的强度、塑性、韧性、疲劳寿命，可广泛用于涡扇航空发动机的高压压气机盘和风扇盘等构件，显著提高发动机的使用性能和服役寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种大型TC17钛合金整体叶盘锻件β热模锻造成形的方法
本专利技术涉及TC17合金锻造
，特别是涉及一种大型TC17钛合金整体叶盘锻件β热模锻造成形的方法。
技术介绍
TC17钛合金是一种富β稳定元素的近β钛合金，名义成分为(％，质量分数)Ti－5Al－2Sn－2Zr－4Mo－4Cr，TC17钛合金具有高的强度、好的断裂韧性和疲劳性能，且能够实现良好的匹配，从而拥有优良的综合力学性能，在涡扇航空发动机的高压压气机盘和风扇盘等构件上得以广泛应用。TC17合金的最高工作温度是427℃。相应发动机型号标准和行业标准规定TC17钛合金发动机高压压气机盘和风扇盘锻件的室温抗拉强度需≥1120MPa，延伸率需≥6.5％，室温低周疲劳循环次数需≥11000次。在实际生产中，采用传统的锻造工艺存在以下方面的问题：1)传统β锻造工艺，模具预热温度为250～350℃，坯料锻造温度约920～930℃，模具与坯料温度相差过大，坯料与模具接触的瞬间会在接触部分的近表面区域形成极大的温度梯度，对该部分表层金属形成剧烈的激冷温降，造成该部位塑性降低，在后续的压制过程中变形不足，形成局部组织粗大，组织不均匀现象，低倍上反映为明显的分层，造成锻件该部分强度，塑性及疲劳性能均下降，使得生产的锻件室温抗拉强度、延伸率、室温低周疲劳循环次数勉强符合标准要求或者甚至不合格，因此，需优化锻造工艺避免出现这种由于表面温降剧烈形成的局部组织不均匀现象，以保证锻件整体性能水平；2)传统β锻造工艺，预制坯通常选用制备难度较低的平模镦饼预制坯，并通过控制模锻过程的总变形量来保证锻件组织及性能，这样的工艺忽略了锻件在变形过程中内部各部位具体等效应变的分布，因此，在保证总变形量的前提下，由于锻件外形原因经常会形成局部小应变区，同时，由于大型TC17钛合金整体叶盘锻件热容较大，其锻后冷却过程的温降更缓慢，因此，形成的高倍反映为粗大原始β晶粒，平直连续的晶界α相以及位相单一的晶内片层平行α相集束，造成锻件该部分塑性及疲劳性能均下降，使得生产的锻件延伸率、室温低周疲劳循环次数勉强符合标准要求或者甚至不合格。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种大型TC17钛合金整体叶盘锻件β热模锻造成形的方法，通过创新性的锻造工艺参数和热处理参数的优化和匹配，可获得具有高强度-塑性-韧性-疲劳寿命匹配的TC17钛合金整体叶盘锻件，可广泛用于涡扇航空发动机的高压压气机盘和风扇盘等构件，显著提高发动机的使用性能和服役寿命。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种大型TC17钛合金整体叶盘锻件β热模锻造成形的方法，包括以下步骤：S1、自由锻制坯S1-1、坯料的预热保温：将TC17钛合金棒材置于电阻炉中进行预热，预热温度为Tβ-30℃～Tβ-50℃，炉温达到预热温度后保温，得到预热坯料，所述Tβ为TC17合金的相变点温度(即发生相变温度或α+β→β转变温度)；S1-2、自由锻造：将所述预热坯料出炉进行若干火次平模镦饼及胎膜镦粗成形，自由锻后散开并进行空冷，得到自由锻坯料；S1-3、机械加工：将步骤S1-2得到的自由锻坯料进行机械加工，得到具有异形截面形貌的坯料；S2、β热模锻S2-1、坯料的预热保温：首先将步骤S1-3处理后的坯料置于电阻炉中进行低温预热，预热温度为Tβ-30℃～Tβ-50℃，炉温达到预热温度后保温，低温预热完成后将电阻炉温升至Tβ以上进行高温预热，预热温度为Tβ+30℃～Tβ+50℃，保温完成后，采用保温隔热材料对坯料进行全面包裹，得预热坯料；S2-2、热模锻：将所述预热坯料出炉进行一火热模锻，模锻后散开并进行强制风冷。S3、热处理，将步骤S2-2处理后的锻件进行固溶和时效热处理。具体而言，在一些实施例中，本专利技术所述步骤S1-1和S2-1中保温时间为t分钟，t＝η×δmax，其中，η为坯料的加热系数，对于自由锻制坯η的取值为0.6～1.0，对于β热模锻低温预热η的取值为0.6～1.0，高温预热η的取值为0.3～0.5，δmax均为坯料的最大截面厚度，单位为mm。具体而言，在一些实施例中所述S1-2中所用平模需进行锻前预热，预热温度为250～350℃，预热时间≥12h，所述S2-2中所用的锻造模具需进行锻前预热，预热温度550～600℃，预热时间≥12h。具体而言，在一些实施例中所述S1-2中单火次锻造变形量为20％～50％；所述S2-2通过合理的设计模锻荒坯，控制终锻完成锻件内部各部位等效应变0.7～1.2。具体而言，在一些实施例中步骤S2-2模锻采用的压制方式为分阶段变速压制方式，具体为：先进行第一阶段锻造处理，然后再进行第二阶段锻造，其中第一阶段锻造速度为3～5mm/s，第二阶段锻造速度为0.5～1mm/s。具体而言，在一些实施例中步骤S1-1和步骤S2-1预热前需对坯料表面涂覆防护润滑剂，所述步骤S1-2和步骤S2-2的模具先喷涂水性石墨乳再进行使用。具体而言，在一些实施例中步骤S1-2自由锻终锻温度大于等于700℃，步骤S2-2模锻终锻温度大于等于800℃。具体而言，在一些实施例中步骤S2-2模锻处理后进行冷却的方式为风冷，风量为40000-50000m3/h。在一些具体实施例中，采用低噪声轴流式风机进行强制风冷，设备功率为7.5kw，风量43760m3/h。为了使得提高风速，制作专用支撑架将锻件垫起，保证风流能够覆盖所有表面，当使用多个风源进行联合工作时，风源之间的摆放需呈一定夹角，减少不同方向的风流之间的干扰，保证流路通畅，锻件表面散热及时，提高锻件冷却效果。具体而言，在一些实施例中所述的大型TC17钛合金整体叶盘锻件β热模锻造成形的方法，其特征在于，步骤S3中的固溶处理是将加热炉预热至788℃～816℃，然后将锻件入炉加热保温，温度波动范围不超过±14℃，保温4h后进行风冷或水冷至室温；时效热处理是将加热炉预热至602℃～685℃，然后将固溶处理后的锻件入炉加热保温，温度波动范围不超过±8℃，保温8h后空冷至室温。优选地，所述固溶处理时，锻件从加热炉内转移至风冷或水冷介质中的时间不超过45s。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的锻造成形方法能够细化β锻组织，改善锻件整体组织均匀性，得到最有利于TC17钛合金整体叶盘锻件的强度、韧性及疲劳性能指标匹配的组织类型，并保证了各部位整体性能的一致性。通过后续热处理制度的创新和参数的优化，可获得具有高强度-塑性-韧性-疲劳寿命匹配的TC17钛合金整体叶盘锻件，可广泛用于涡扇航空发动机的高压压气机盘和风扇盘等构件，显著提高发动机的使用性能和服役寿命。附图说明图1为本专利技术自由锻所制的坯料结构示意图；图2为本专利技术模具加热装配结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1一种大型TC17钛合金整体叶盘锻件β热模锻造成形的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型TC17钛合金整体叶盘锻件β热模锻造成形的方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS

【技术特征摘要】
1.一种大型TC17钛合金整体叶盘锻件β热模锻造成形的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、自由锻制坯
S1-1、坯料的预热保温：将TC17钛合金棒材置于电阻炉中进行预热，预热温度为Tβ-30℃～Tβ-50℃，炉温达到预热温度后保温，得到预热坯料，所述Tβ为TC17合金的相变点温度；
S1-2、自由锻造：将所述预热坯料出炉进行若干火次平模镦饼及胎膜镦粗成形，自由锻后散开并进行空冷，得到自由锻坯料；
S1-3、机械加工：将步骤S1-2得到的自由锻坯料进行机械加工，得到具有异形截面形貌的坯料；
S2、β热模锻
S2-1、坯料的预热保温：首先将步骤S1-3处理后的坯料置于电阻炉中进行低温预热，预热温度为Tβ-30℃～Tβ-50℃，炉温达到预热温度后保温，低温预热完成后将电阻炉温升至Tβ以上进行高温预热，预热温度为Tβ+30℃～Tβ+50℃，保温完成后，采用保温隔热材料对坯料进行全面包裹，得预热坯料；
S2-2、热模锻：将所述预热坯料出炉进行一火热模锻，模锻后散开并进行强制风冷。
S3、热处理，将步骤S2-2处理后的锻件进行固溶和时效热处理。


2.根据权利要求1所述的大型TC17钛合金整体叶盘锻件β热模锻造成形的方法，其特征在于，所述步骤S1-1和S2-1中保温时间为t分钟，t＝η×δmax，其中，η为坯料的加热系数，对于自由锻制坯η的取值为0.6～1.0，对于β热模锻低温预热η的取值为0.6～1.0，高温预热η的取值为0.3～0.5，δmax均为坯料的最大截面厚度，单位为mm。


3.根据权利要求1所述的大型TC17钛合金整体叶盘锻件β热模锻造成形的方法，其特征在于，所述S1-2中所用平模需进行锻前预热，预热温度为250～350℃，预热时间≥12h，所述S2-2中所用的锻造模具需进行锻前预热，预热温度550～600℃，预热时间≥12h。


4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，李辉，冯璐，冯晓花，李亘，
申请(专利权)人：西安三角防务股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61