一种适用于高温钛基材料的真空等温锻造工艺及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种适用于高温钛基材料的真空等温锻造工艺及装置，涉及等温锻造技术领域，包括加热炉，凸模通过高温螺栓与压头连接，凹模通过高温螺栓与模具底座固定连接；加热炉下壁设有卸料装置，便于坯料的放入及成形锻件的取出，加热炉配有的真空泵组及测氧仪装置，可实现等温锻造过程的真空环境及炉内氧含量的监控，该装置可保障从坯料和模具加热、后续的锻造工序等全过程完全封闭，可保障最终成型件的精度及性能和延长模具的使用寿命等作用。可实现几乎所有的常规热处理所能涉及的热处理工艺，能够实现真正意义上的真空等温锻造。能够实现真正意义上的真空等温锻造。能够实现真正意义上的真空等温锻造。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高温钛基材料的真空等温锻造工艺及装置


[0001]本专利技术涉及等温锻造
，特别是涉及一种适用于高温钛基材料的真空等温锻造工艺及装置。

技术介绍

[0002]等温锻造技术特别适合于那些锻造温区窄的难变形材料，如600℃用Ti
‑
Al
‑
Sn
‑
Zr
‑
Mo
‑
Si系高温钛合金，650～750℃用近α高温钛基复合材料以及更耐高温的TiAl合金。该技术是在传统模锻工艺基础上发展起来的一项新工艺，是将模具和坯料同时加热到锻造温度，并使坯料在一段温度变化很窄的区间下，完成变形的过程。但目前现有的等温锻造技术存在模具加热不均匀、保温环境得不到充分保障等诸多问题。
[0003]而且现有的等温锻造模具，均不具有真空热处理的装置，所谓真空热处理加工技术，指的是真空技术和热处理技术相结合的新型热处理技术。其中，真空热处理所处的真空环境指的是低于一个大气压的气氛环境。与常规热处理相比，真空热处理加工技术可同时实现无氧化、无脱碳、无渗碳，可去掉工件表面的磷屑，并有脱脂、除气及分解氧化物等作用，可以防止在热处理的过程中坯料表面出现氧化皮，从而影响构件的精度及性能，同时可避免坯料表面氧化皮与模具的摩擦，可大大减少修补及更换费用等运行成本，延长模具的使用期限。真空等温锻造技术尤其是对那些精度较高的大型钛合金薄壁复杂构件的整体成形具有非常重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种适用于高温钛基材料的真空等温锻造工艺及装置，以解决上述现有技术存在的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种适用于高温钛基材料的真空等温锻造装置，包括下横梁，所述下横梁顶端设置有工作台面，所述工作台面顶端设置有模具底座，所述模具底座顶部设置有加热炉，所述加热炉一侧设置有炉门，所述加热炉内壁设有加热元件；所述下横梁顶端固定安装有立柱，所述立柱顶端固定安装有上横梁，所述立柱上滑动套设有活动横梁，所述活动横梁设置于所述上横梁与所述加热炉之间；所述活动横梁底端固定安装有压头，所述压头底端伸入至所述加热炉内，且所述压头与所述加热炉滑动配合；所述加热炉内设置有凸模和凹模，所述凸模可拆卸安装在所述压头的底端，所述凹模可拆卸安装在所述模具底座上；所述加热炉上安装有真空泵组，所述活动横梁与所述上横梁之间设置有动力装置，所述真空泵组用于将所述加热炉内部抽真空，所述动力装置用于驱动所述压头进行移动。
[0006]优选的，所述加热炉内设置有测氧仪，所述测氧仪用于对炉内的氧含量进行实时监测。
[0007]优选的，所述加热炉的内壁设有耐高温密封隔热层。
[0008]优选的，所述模具底座内设置有卸料装置，所述卸料装置用于对所述凹模内的坯
料进行脱模。
[0009]优选的，所述加热元件为感应加热线圈。
[0010]优选的，所述加热炉内的气压介于10^
‑
1pa～10^
‑
5pa。
[0011]优选的，所述加热炉内设置有温控单元，所述温控单元用于对所述加热炉内的温度进行实时监测。
[0012]优选的，所述加热炉外侧设置有真空泵开关、氮气泵开关、加热元件开关、液压机油箱开关和显示屏，所述真空泵开关用于控制所述真空泵组的启闭，所述氮气泵开关用于维持所述加热炉内的压力值，所述加热元件开关用于控制所述加热元件的启闭，所述液压机油箱开关用于控制所述动力装置的启闭，所述显示屏用于显示所述加热炉内的气压、氧含量以及温度的值。
[0013]一种高温钛基材料盘类锻件的真空等温锻造工艺，采用真空等温锻造装置，具体包括以下步骤：
[0014]S1、配制合金成分：各组元的重量百分比分别为：4％～6％Al、3％～10％Sn、5％～10％Zr、0.4％～1.4％Mo、2％～7％Cr、0.5％～2％Nb、0.5％～1％W、0.1％～0.5％Si、余量为Ti，按各组元的重量百分比分别称取原料；原料以TiB和Y2O3作为增强相，其中TiB由TiB2与Ti基体原位反应制得，Y2O3通过外加法纳米级颗粒获得，TiB和Y2O3总体积分数为0～10％(vol.％)，两者体积分数比为1:1～5:1；
[0015]S2、熔炼铸锭：将经S1称取的各组元加入到真空感应熔炉中熔炼，待全部熔化后，保温5～10分钟，随后在液相点以上50～80℃进行中温浇注，获得铸锭；
[0016]S3、开坯、等温多向锻造：
[0017]S3.1、将S2获取的铸锭切割获得70
×
70
×
140mm的立方体铸锭，在β转变温度以上50～100℃进行开坯锻造，变形量为50％；
[0018]S3.2、接着迅速将炉温降到(T
β
‑
10)℃～(T
β
+20)℃进行准β锻造，保温20～30min，沿其中一70mm方向进行大应变速率变形，变形量为30％，保温20～30min；
[0019]S3.3、将温度降到相变点以下30～50℃进行两相区锻造，采用等温多向锻造工艺，每次锻造的变形量为35％，期间每次锻造后保温时长为20～30min，共进行两道次等温多向锻造，得到的坯料随炉冷却至室温；
[0020]S4、叶盘锻造成型：
[0021]S4.1、清理S3得到的坯料，把坯料表面的氧化皮去除，并通过切割获得直径和高分别为Φ120mm
×
60mm的圆柱体坯料；
[0022]S4.2、将加热炉直接固定于压力机上，接通真空泵组和加热线路；
[0023]S4.3、将凸模通过高温螺栓与压头连接，凹模通过高温螺栓与下模座固定连接；
[0024]S4.4、将Φ120mm
×
60mm的坯料置于凹模内，关紧炉门；
[0025]S4.5、启动真空泵组，将加热炉内部抽成10^
‑
1pa～10^
‑
5pa的负压环境；
[0026]S4.6、打开加热炉的加热元件，按照锻造工艺要求将凸模、凹模和坯料加热到600℃～1100℃的锻造温度，通过显示屏可以实时了解加热炉内的气压、氧含量以及温度的值，然后控制加热元件的加热功率，使凸模、凹模和坯料的温度保持600℃～1100℃恒温；
[0027]S4.7、保温一定时间后，压头下移带动凸模进行热处理工艺，完成叶盘的成型工序；叶盘成型后进行50～100min的保温，并进行固溶时效处理。
[0028]优选的，在S2中，各组元在真空感应熔炉中熔炼的次数为2～3次。
[0029]优选的，在S3中，得到的钛基复合材料，相组成以等轴状α
‑
Ti为基体、凝固析出的TiB和Y2O3在基体中均匀分布，TiB相为微米级，尺寸为150μm～300μm，Y2O3为纳米级，尺寸大小为50nm～200nm。
[0030]本专利技术公开了以下技术效果：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于高温钛基材料的真空等温锻造装置，其特征在于，包括下横梁，所述下横梁顶端设置有工作台面(9)，所述工作台面(9)顶端设置有模具底座(8)，所述模具底座(8)顶部设置有加热炉，所述加热炉一侧设置有炉门，所述加热炉内壁设有加热元件(6)；所述下横梁顶端固定安装有立柱(7)，所述立柱(7)顶端固定安装有上横梁(1)，所述立柱(7)上滑动套设有活动横梁(2)，所述活动横梁(2)设置于所述上横梁(1)与所述加热炉之间；所述活动横梁(2)底端固定安装有压头(3)，所述压头(3)底端伸入至所述加热炉内，且所述压头(3)与所述加热炉滑动配合；所述加热炉内设置有凸模(4)和凹模(11)，所述凸模(4)可拆卸安装在所述压头(3)的底端，所述凹模(11)可拆卸安装在所述模具底座(8)上；所述加热炉上安装有真空泵组，所述活动横梁(2)与所述上横梁(1)之间设置有动力装置，所述真空泵组用于将所述加热炉内部抽真空，所述动力装置用于驱动所述压头(3)进行移动。2.根据权利要求1所述的适用于高温钛基材料的真空等温锻造装置，其特征在于，所述加热炉内设置有测氧仪，所述测氧仪用于对炉内的氧含量进行实时监测。3.根据权利要求1所述的适用于高温钛基材料的真空等温锻造装置，其特征在于，所述加热炉的内壁设有耐高温密封隔热层(5)。4.根据权利要求1所述的适用于高温钛基材料的真空等温锻造装置，其特征在于，所述模具底座(8)内设置有卸料装置(12)，所述卸料装置(12)用于对所述凹模(11)内的坯料(13)进行脱模。5.根据权利要求2所述的适用于高温钛基材料的真空等温锻造装置，其特征在于，所述加热元件(6)为感应加热线圈。6.根据权利要求1所述的适用于高温钛基材料的真空等温锻造装置，其特征在于，所述加热炉内的气压介于10^
‑
1pa～10^
‑
5pa。7.根据权利要求5所述的适用于高温钛基材料的真空等温锻造装置，其特征在于，所述加热炉内设置有温控单元，所述温控单元用于对所述加热炉内的温度进行实时监测。8.根据权利要求7所述的适用于高温钛基材料的真空等温锻造装置，其特征在于，所述加热炉外侧设置有真空泵开关(14)、氮气泵开关(15)、加热元件开关(16)、液压机油箱开关(17)和显示屏(18)，所述真空泵开关(14)用于控制所述真空泵组的启闭，所述氮气泵开关(15)用于维持所述加热炉内的压力值，所述加热元件开关(16)用于控制所述加热元件(6)的启闭，所述液压机油箱开关(17)用于控制所述动力装置的启闭，所述显示屏(18)用于显示所述加热炉内的气压、氧含量以及温度的值。9.一种高温钛基材料盘类锻件的真空等温锻造工艺，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述的真空等温锻造装置，具体包括以下步骤：S1、配制合金成分：各组元的重量百分比分别为：4％～6％Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：张长江，梁晓剑，韩建超，冯弘，张树志，贾燚，张志雄，王涛，彭凡，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：