提高TC4合金叶片机械性能的锻造方法技术

本发明专利技术涉及一种提高TC4合金叶片机械性能的锻造方法，用于解决现有的TC4钛合金叶片机械强度差的技术问题。技术方案是通过对TC4合金进行固态置氢处理，将处理得到的固态置氢钛合金坯料机械加工成固态置氢钛合金预制坯料；吹砂和打磨；喷涂润滑剂；锻前加热；对固态置氢钛合金预制坯料进行锻造，得到固态置氢钛合金叶片锻件；去飞边；吹砂和打磨；除氢。由于对TC4合金进行了固态置氢处理，使TC4钛合金的室温抗拉强度由背景技术的925～985MPa提高到1055～1065MPa，室温屈服强度由背景技术的884～945MPa提高到990～1000MPa；400℃抗拉强度由630～675提高到700～710MPa，400℃屈服强度由背景技术的593MPa提高到605～615MPa。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钛合金叶片的锻造方法，具体是一种提高TC4合金叶片机械性能的锻造方法。
技术介绍
涡扇航空发动机风扇叶片工作条件比较恶劣，而钛合金具有比强度高、耐腐蚀和耐高温等一系列优点，这使得钛合金在风扇叶片领域获得了大量的应用。比强度高是钛合金的显著优点，GJB2744-1996规定了 TC4合金锻件机械性能指标室温抗拉强度不小于 895MPa、屈服强度不小于825MPa ；400°C抗拉强度不小于600MPa、屈服强度不小于560MPa。文献1 “TC4钛合金气轮机叶片精锻工艺研究，李晓序，朱西平，航空制造技术， 2001，2 :53-54”公布TC4合金叶片锻造后叶身室温抗拉强度为925MPa、屈服强度为884MPa， 叶身400°C抗拉强度644MPa、屈服强度为593MPa。文献2 "TC4钛合金风扇转子叶片模锻工艺和性能研究，余小鲁，李付国，锻压技术，2010，3 :19-21 ”公布TC4合金叶片锻造后叶身室温抗拉强度为950 985MPa、屈服强度为895 945MPa，叶身400°C抗拉强度630 675MPa。叶片在航空发动机中起着能量转换的关键作用，叶片工作中承受巨大的离心力， 提高风扇叶片机械强度的重要性是不言而喻的。提高钛合金叶片的机械性能可以提高发动机的循环参数，还可以为叶片减重，这些是提高发动机推重比的有效方法。因此，提高钛合金叶片的机械性能一直是钛合金叶片锻造
持续追求的目标。
技术实现思路
为了克服现有的TC4钛合金叶片机械强度差的不足，本专利技术提供一种提高TC4合金叶片机械性能的锻造方法。该方法通过对TC4合金进行固态置氢处理，以及锻造工艺参数的优化，可以提高TC4钛合金叶片的机械强度。本专利技术的技术方案是一种提高TC4合金叶片机械性能的锻造方法，其特点是包括下述步骤步骤一、将TC4合金表面用丙酮清洗后，置入管式固态置氢炉中，抽真空到 1. 0Χ1(Γ3 1. 5 X 10 ,以 10 15°C /min 的速度加热至 700 850°C，保温 10 15min， 按TC4合金坯料的重量百分比充入0. 2 0. 5%的氢气，充入氢气的流量为0. 5 1. 5L/ min，保温2 汕，以5 10°C /min的速度冷却至室温，即得到固态置氢钛合金；步骤二、 将固态置氢钛合金机械加工成固态置氢钛合金预制坯料；步骤三、对固态置氢钛合金预制坯料表面进行吹砂和打磨处理；步骤四、在固态置氢钛合金预制坯料表面喷涂玻璃润滑剂； 步骤五、将锻造模具安装于曲柄压力机上，将模具加热至250 300°C保温；步骤六、将涂有玻璃润滑剂的固态置氢钛合金预制坯料放入箱式电阻加热炉中，炉温为760 820°C，保温20 30min ；步骤七、将固态置氢钛合金预制坯料从箱式电阻加热炉移出，放置于锻造模具的下模上，对固态置氢钛合金预制坯料进行锻造；步骤八、将固态置氢钛合金叶片锻件去处飞边；步骤九、对固态置氢钛合金锻件表面进行吹砂和打磨处理；步骤十、将固态置氢钛合金锻件表面清洁后，置入管式固态置氢炉中，抽真空到1. 0X10_3 1. 5 X 10 ,以5 150C /min的速度加热至700 750°C，炉内真空度高于3X KT3Pa后保温2 3h，以5 IO0C /min的速度冷却至室温。本专利技术的有益效果是由于对TC4合金进行固态置氢处理，以及锻造工艺参数的优化，使TC4钛合金的室温抗拉强度由
技术介绍
的925 985MPa提高到1055 1065MPa， 室温屈服强度由
技术介绍
的884 945ΜΙ^提高到990 IOOOMPa ；400°C抗拉强度由630 675提高到700 710MPa，400°C屈服强度由
技术介绍
的593MPa提高到605 615MPa。下面结合具体实施方式对本专利技术作详细说明。具体实施例方式实施例1:步骤一、固态置氢将Φ39πιπι>^62πιπι的TC4合金圆柱表面用丙酮清洗后，置入管式固态置氢炉中，抽真空到1.0 X10_3Pa，以IO0C /min的速度加热至700°C，保温lOmin，按钛合金坯料的重量百分比充入0. 5%的氢气，充入氢气的流量为0. 5L/min，保温3h，以约 IO0C /min的速度冷却至室温；步骤二、机械加工将固态置氢钛合金进行机械加工成固态置氢钛合金预制坯料；步骤三、吹砂和打磨对固态置氢钛合金预制坯料表面进行吹砂和打磨处理；步骤四、喷涂润滑剂在固态置氢钛合金预制坯料表面喷涂天力创牌Ti-5D玻璃润滑剂；步骤五、安装模具及预热锻造设备为2500吨曲柄压力机，设备参数为曲柄长 175mm、连杆长为1050mm、滑块每分钟的行程为60次，将锻造模具安装于曲柄压力机上，将模具加热至250°C保温；步骤六、锻前加热将涂有玻璃润滑剂的固态置氢钛合金预制坯料放入箱式电阻加热炉中，炉温为760°C，保温30min ；步骤七、锻造将固态置氢钛合金预制坯料从箱式电阻加热炉移出，放置于锻造模具的下模上，对固态置氢钛合金预制坯料进行锻造；步骤八、去飞边将固态置氢钛合金叶片锻件去处飞边；步骤九、吹砂和打磨对固态置氢钛合金锻件表面进行吹砂和打磨处理；步骤十、除氢将固态置氢钛合金锻件表面清洁后，置入管式固态置氢炉中，抽真空到1.0X10_3Pa，&5°C /min的速度加热至700°C，炉内真空度高于3X 10’a后保温2h，以10°C /min的速度冷却至室温。对叶片进行拉伸性能测试，室温抗拉强度为1055MPa、屈服强度为990MPa，40(TC 抗拉强度为700MPa、屈服强度为605MPa。实施例2:步骤一、固态置氢将Φ39πιπι>^62πιπι的TC4合金圆柱表面用丙酮清洗后，置入管式固态置氢炉中，抽真空到1. 5X 10 ,以约15°C /min的速度加热至850°C，保温IOmin, 按钛合金坯料的重量百分比充入0. 2%的氢气，充入氢气的流量为lL/min，保温2h，以大约 50C /min的速度冷却至室温；步骤二、机械加工将固态置氢钛合金机械加工成固态置氢钛合金预制坯料；步骤三、吹砂和打磨对固态置氢钛合金预制坯料表面进行吹砂和打磨处理；步骤四、喷涂润滑剂在固态置氢钛合金预制坯料表面喷涂天力创牌Ti-5D玻璃润滑剂；步骤五、安装模具及预热锻造设备为2500吨曲柄压力机，设备参数为曲柄长175mm、连杆长为1050mm、滑块每分钟的行程为65次，将锻造模具安装于曲柄压力机上，将模具加热至300°C保温；步骤六、锻前加热将涂有玻璃润滑剂的固态置氢钛合金预制坯料放入箱式电阻加热炉中，炉温为820°C，保温20min ；步骤七、锻造将固态置氢钛合金预制坯料从箱式电阻加热炉移出，放置于锻造模具的下模上，对固态置氢钛合金预制坯料进行锻造；步骤八、去飞边将固态置氢钛合金叶片锻件去处飞边；步骤九、吹砂和打磨对固态置氢钛合金锻件表面进行吹砂和打磨处理；步骤十、除氢将固态置氢钛合金锻件表面清洁后，置入管式固态置氢炉中，抽真空到1.5X10_3Pa，&15°C /min的速度加热至750°C，炉内真空度高于3X 10_3Pa后保温3h，以10°C /min的速度冷却至室温。对叶片进行拉伸性能测试，室温抗拉强度为1065MP本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种提高ＴＣ４合金叶片机械性能的锻造方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一、将ＴＣ４合金表面用丙酮清洗后，置入管式固态置氢炉中，抽真空到１．０×１０－３～１．５×１０－３Ｐａ，以１０～１５℃／ｍｉｎ的速度加热至７００～８５０℃，保温１０～１５ｍｉｎ，按ＴＣ４合金坯料的重量百分比充入０．２～０．５％的氢气，充入氢气的流量为０．５～１．５Ｌ／ｍｉｎ，保温２～３ｈ，以５～１０℃／ｍｉｎ的速度冷却至室温，即得到固态置氢钛合金；步骤二、将固态置氢钛合金机械加工成固态置氢钛合金预制坯料；步骤三、对固态置氢钛合金预制坯料表面进行吹砂和打磨处理；步骤四、在固态置氢钛合金预制坯料表面喷涂玻璃润滑剂；步骤五、将锻造模具安装于曲柄压力机上，将模具加热至２５０～３００℃保温；步骤六、将涂有玻璃润滑剂的固态置氢钛合金预制坯料放入箱式电阻加热炉中，炉温为７６０～８２０℃，保温２０～３０ｍｉｎ；步骤七、将固态置氢钛合金预制坯料从箱式电阻加热炉移出，放置于锻造模具的下模上，对固态置氢钛合金预制坯料进行锻造；步骤八、将固态置氢钛合金叶片锻件去处飞边；步骤九、对固态置氢钛合金锻件表面进行吹砂和打磨处理；步骤十、将固态置氢钛合金锻件表面清洁后，置入管式固态置氢炉中，抽真空到１．０×１０－３～１．５×１０－３Ｐａ，以５～１５℃／ｍｉｎ的速度加热至７００～７５０℃，炉内真空度高于３×１０－３Ｐａ后保温２～３ｈ，以５～１０℃／ｍｉｎ的速度冷却至室温。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李淼泉，于卫新，罗皎，朱堂葵，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87