钛合金锥形环锻件的辗轧成形方法技术

本发明专利技术公开了一种钛合金锥形环锻件的辗轧成形方法，为获得组织和性能优良的该合金锥形环锻件和实现精确轧制，该方法包括以下步骤：合金棒料经加热镦粗变形５０％～５５％制成实心圆饼再冲孔使其孔径尺寸是其外径尺寸的３０％～３５％后制成空心圆饼；空心圆饼经加热被轧环变形２０％～２５％后得到矩形环坯，矩形环坯经加热再次被轧环变形３０％～３５％后得到矩形预轧坯；预轧坯经加热装进轧环机辗轧模具并在该模具的锥形孔型内被辗轧变形２５％～３０％后成形为锥形环锻件。辗轧时，上述预轧坯沿径向的展宽速度是２ｍｍ／ｓ～１５ｍｍ／ｓ，受到的径向轧制力是４００００ｋｇ～２２００００ｋｇ。该方法主要用于航空发动机锥形环锻件的成形，采用该方法可以获得沿零件外形呈流线分布的环面为复杂曲面的锥形环锻件。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种环形锻件的轧制成形方法，特别是涉及了钛合金锥形环锻 件的辗轧成形方法。
技术介绍
采用钛合金(如TC4等材料牌号)制造的航空发动机锥形环锻件，如涡轮 外环、机匣等零部件由于长期在高温下工作，要求锻件具有较好的性能及组织 稳定性。大型锥形环件成型制造新工艺及其数值模拟(王泽武等，《核动力工程》， 第28巻第2期，第69 72页，2007年4月) 一文公开了 :种锥形环件的成形 T艺，该丁艺包括制坯、加热、轧制及后续加丁。采用该丁.艺轧制普通碳素钢 的锥形环件时是把轧环机的主辊、芯辊和抱辊加工成锥形后再把锥形环坯轧制 成锥形环件的。采用该工艺轧制锥形环件，由于是靠主辊、芯辊和抱辊的锥面 形状来确定锥形环件的锥面形状，靠锥辊来轧制其高度，因此，只能轧制内外 环面为平整面的简单锥形环件(如该文图示的那样)，而且对于锥度或高度不一 样的锥形环件，需要更换辊型，正如该文所指出的锥形环件不同于矩形截面环 件，在轴向上环件有一定斜度，需要重新设计主辊、芯辊和抱辊。由此可知， 采用该工艺不可能轧制出内外环面为复杂曲面的锥形环件，而且轧制不同形状 的简单锥形环件时频繁更换辊型将会增加制造成本、延长生产周期和不利于设 备的维护保养。上述锥形环件成型制造新工艺并未公开轧制钛合金锥形环锻件的具体工艺 步骤，若采用该工艺轧制钛合金锥形环锻件，存在的问题如下不能轧制环面为复杂曲面并沿零件外形呈流线分布的锥形环锻件，因此， 当需要轧制环面为复杂曲面的锥形环锻件时，只能靠增大加工余量的方法先轧 制成该文所公布的环面为平整面的锥形环锻件，再通过机加工成环面为复杂曲面的锥形环锻件。这样加工而成的锥形环锻件，环锻件毛坯的加工余量大，锻件尺寸精度较差，锻件的外形流线不能沿零件外形分布；由于加工量较大，既 费时费力和浪费大量的贵重钛合金材料，又切断了锻件的外形流线从而对锻件 的组织和性能产生不利影响。轧制钛合金锥形环锻件时，从合金棒料到最终轧制成锥形环锻件，钛合金 的变形量对环锻件的组织和性能影响很大，其变形量选择不准，将会造成环锻 件晶粒粗大、组织变异、轧伤、轧裂、折叠、夹层等缺陷，从而影响锻件的交 付和使用。有鉴于此，本专利技术提供了一种钛合金锥形环锻件的辗轧成形方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种准确的变形量来实现钛合金锥形环锻 件精确辗轧成形的方法，采用该方法辗轧的锥形环锻件沿零件外形呈流线分布， 并具有优良的组织和性能。为解决上述技术问题，本专利技术所述钛合金锥形环锻件的辗轧成形方法，其 技术方案包括以下步骤把按规格下料的钛合金棒料加热到相变点以下3crc的变形温度，经镦粗使其变形50% 55%得到实心圆饼;把所述实心圆饼冲孔使其孔径尺寸是其外径尺 寸的30% 35%后得到空心圆饼；加热所述空心圆饼到上述变形温度后使其被轧环变形20% 25%后得到矩 形环坯;把所述矩形环坯加热到上述变形温度后再次被轧环使其变形30% 35°/0 后得到矩形预轧坯；加热所述预轧坯到上述变形温度，把所述预轧坯装进轧环机辗轧模具，所 述预轧坯的纵向截面在辗轧模具的锥形孔型内被轧环机辗轧并按所述孔型产生 连续局部塑性变形，所述预轧坯壁厚减小并沿径向展宽被辗轧变形25% 30% 后成为锥形环锻件。当构成上述锥形孔型的辗轧模具的锥形面是曲面时，辗轧成形的锥形环锻件的环面为曲面；当构成卜.述锥形孔型的辗轧模具的锥形面是平整面时，辗轧 成形的锥形环锻件的环面为平整面。辗轧时，上述预轧坯沿径向的展宽速度是2mm/s 15mm/s，受到的径向轧 制力是40000 kg 220000kg。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下本专利技术把按规格下料的钛合金棒料从镦粗、冲孔、制预轧坯到辗轧成锥形 环锻件的整个工艺过程，通过选用准确的变形量和使用辗轧模具来使锥形环锻件成形，获得了组织均匀和性能优良的锥形环锻件。以牌号为TC4的钛合金为例，经检测该合金锥形环锻件不同部位的金相低倍组织，未发现有粗晶、裂纹、伤痕、折叠、夹层等缺陷；经检测其高倍金相组织，获得了均匀的组织结构， 并且未发现有粗晶、组织变异、偏析等缺陷，经检测该合金锥形环锻件的室温 拉伸性能，其抗拉强度为965MPa 975MPa (大于使用要求的895 MPa)，其伸 长率为0.2%时的屈服强度为955MPa (大于使用要求的825 MPa);断后伸长率 为11% 15% (大于使用要求的10%);经检测该合金锥形环锻件的高温拉伸性 能，其在试验温度为40(TC、试验应力为570MPa、持续时间在101小时内未被 拉断(大于使用要求的100小时)；经检测该合金锥形环锻.件的布氏硬度为278， 满足了使用要求。从该合金锥形环锻件的理化检测结果可知，釆用上述方法辗 轧成形的该合金锥形环锻件取得了预料不到的技术效果，大大满足了其使用要 求。本专利技术采用小变形量成形的方式两次环轧制作预轧坯和辗轧成形锥形环锻 件，可以避免该合金在轧环和辗轧时发生温度升高，组织变异、晶粒粗大和裂 纹等缺陷，获得了组织均匀和性能优良的锥形环锻件。本专利技术还通过在轧环机上安装辗轧模具来实现钛合金锥形环锻件的辗轧成 形，即在轧环机的芯辊上安装芯辊模，在其主辊上安装主辊模，芯辊模与主辊 模合模后能够形成用于辗轧锥形环锻件的锥形孔型，从而把锥形环锻件的成形 方式由主辊、芯辊和锥辊辗轧成形改进为主要由模具辗轧成形，并且通过改变构成所述锥形孔型的辗轧模具的锥形面的形状，便可辗轧成形不同环面形状的 锥形环锻件，从而使该模具能辗轧出环面为曲面或平整面的锥形环锻件。并且，采用本方法辗轧钛合金锥形环锻件，可以获得沿零件外形分布的环面 为复杂曲面流线的锥形环锻件，提高了锥形环锻件的尺寸精度，从而可以实现 精确轧制，减少锥形环锻件的机械加工余量和贵重钛合金材料的浪费；当辗轧 不同环面形状的环锻件时，只需更换辗轧模具上形成所述锥形孔型的模块即可， 而不必更换轧环机的主辊、芯辊和抱辊等部件，从而可以降低锥形环锻件的制 造成本、縮短生产周期并有利于设备的维护保养。附图说明下面结合附图和具体实施方式对木专利技术作进一步详细说明。图1是矩形预轧坯的制坯工艺流程图。图2是矩形预轧坯装进辗轧模具的结构图。图3是预轧坯辗轧成锥形环锻件的工艺过程图。图4是图3所示的辗轧工艺过程的俯视方向示意图。图5是辗轧成形的锥形环锻件沿其中心线的纵剖面图。图6 (a)是图5所示a部位的金相低倍组织图。图6 (b)是图5所示b部位的金相低倍组织图。图6 (a')是图5所示a部位的金相高倍组织图。图6 (b')是图5所示b部位的金相高倍组织图。图7 (a)是第二种结构的辗轧模具孔型图。图7 (b)是采用图7 (a)所示的辗轧模具孔型轧成的锥形环锻件沿其中心 线的纵剖面图。图8 (a)是是第三种结构的辗轧模具孔型图。图8 (b)是采用图8 (a)所示的辗轧模具孔型轧成的锥形环锻件沿其中心 线的纵剖而图。图9 (a)是第四种结构的辗轧模具孔型图。图9 (b)是采用图9 (a)所示的辗轧模具孔型轧成的锥形环锻件沿其中心 线的纵剖面图。具体实施例方式实施本专利技术所述的钛合金锥形环锻件的辗轧成形方法需要提供锻造加热 炉、压力机、轧环机、机械手等设备。下面以牌号为TC4的钛合金为例来详细 说明该方法的具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛合金锥形环锻件的辗轧成形方法，其特征在于，包括以下步骤：把按规格下料的钛合金棒料加热到相变点以下３０℃的变形温度，经镦粗使其变形５０％～５５％得到实心圆饼；把所述实心圆饼冲孔使其孔径尺寸是其外径尺寸的３０％～３５％后得到空心圆 饼；加热所述空心圆饼到上述变形温度后使其被轧环变形２０％～２５％后得到矩形环坯；把所述矩形环坯加热到上述变形温度后再次被轧环使其变形３０％～３５％后得到矩形预轧坯；加热所述预轧坯到上述变形温度，把所述预轧坯装进轧环机辗轧模具 ，所述预轧坯的纵向截面在辗轧模具的锥形孔型内被轧环机辗轧并按所述孔型产生连续局部塑性变形，所述预轧坯壁厚减小并沿径向展宽被辗轧变形２５％～３０％后成为锥形环锻件。

【技术特征摘要】
1. 一种钛合金锥形环锻件的辗轧成形方法，其特征在于，包括以下步骤把按规格下料的钛合金棒料加热到相变点以下30℃的变形温度，经镦粗使其变形50％～55％得到实心圆饼；把所述实心圆饼冲孔使其孔径尺寸是其外径尺寸的30％～35％后得到空心圆饼；加热所述空心圆饼到上述变形温度后使其被轧环变形20％～25％后得到矩形环坯；把所述矩形环坯加热到上述变形温度后再次被轧环使其变形30％～35％后得到矩形预轧坯；加热所述预轧坯到上述变形温度，把所述预轧坯装进轧环机辗轧模具，所述预轧坯的纵向截面在辗轧模具的锥形孔型内被轧环机辗轧并...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴永安，刘朝辉，田永军，
申请(专利权)人：贵州航宇科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：52[中国|贵州]