一種鈦合金鍛件半熱態(tài)精密模鍛成型工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于難變形有色金屬材料熱加工塑性成型技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈦合金鍛件半熱態(tài)精密模鍛成型工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的優(yōu)質(zhì)鈦合金、高溫合金和鋁合金一半以上產(chǎn)量用于航空航天工業(yè)，其中航空工業(yè)占三分之二以上。航空航天鍛件與普通機(jī)械制造用產(chǎn)品的鍛件相比較，有以下特點(diǎn):第一，航空鍛件一般選用高比強(qiáng)度、比剛度的材料，常采用新材料，不斷對(duì)鍛造生產(chǎn)技術(shù)提出新的、更高的要求。第二，航空鍛件在進(jìn)度和質(zhì)量方面比普通機(jī)械產(chǎn)品鍛件要求高，精鍛技術(shù)及精鍛件在飛機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)和輔機(jī)上應(yīng)用廣泛。精密鍛造與普通模鍛相比，可以提高材料利用率60%以上，節(jié)省機(jī)加工時(shí)50%以上，并保證構(gòu)件表面完整性與流線連續(xù)性，有利于提高零件的疲勞性能和抗應(yīng)力腐蝕性能，達(dá)到減重增效、長(zhǎng)壽命、高可靠、減免維修的目的，并提高經(jīng)濟(jì)可承受性。
[0003]由于鈦合金的熱加工性能差以及鍛造設(shè)備與工藝技術(shù)落后等原因，鈦合金鍛件主要以普通模鍛件為主，高精表面的精密模鍛件使用數(shù)量非常少，相關(guān)的技術(shù)研宄也少見(jiàn)報(bào)道。生產(chǎn)的普通鈦合金模鍛件通常以吹砂酸洗狀態(tài)供貨，其表面粗糙且存在大量的凹坑等缺陷，使得產(chǎn)品的疲勞性能降低，同時(shí)其使用壽命也大大降低。
[0004]目前航空航天用鈦合金模鍛件大都使用開(kāi)式普通模鍛工藝生產(chǎn)，存在大量飛邊剪切殘留，鍛件的非機(jī)加表面粗糙度一直沒(méi)有具體要求，完全依靠鍛件的制造工藝保證，一般在6.3 μ m?12.5 μ m之間，致使鍛件的疲勞壽命受到影響。同時(shí)，鍛件加工余量大，屬于典型的“肥頭大耳”，造成原材料成本及后期機(jī)械加工成本高，疲勞壽命低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提供一種鈦合金鍛件半熱態(tài)精密模鍛成型工藝，使得鍛件加工面機(jī)械加工余量小于0.5_，鍛件后期機(jī)械加工作業(yè)量大大減少、節(jié)約了成本，鍛件疲勞性能顯著升高，使用壽命也明顯增加。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0007]一種鈦合金鍛件半熱態(tài)精密模鍛成型工藝，包括以下步驟:
[0008]I)模具加工:設(shè)計(jì)并制造預(yù)鍛用型腔粗糙度為1.6 μπι的普通模鍛模具和終鍛用型腔粗糙度為0.8 μ m的精密模鍛模具；
[0009]2)噴涂潤(rùn)滑:在經(jīng)過(guò)預(yù)熱的鈦合金棒料表面噴涂鍛造用玻璃潤(rùn)滑劑；
[0010]3)鍛造荒坯:將噴涂后的鈦合金棒料在電爐中于低于鈦合金棒料相變點(diǎn)30°C?50°C的溫度下加熱后，采用自由鍛造設(shè)備將鈦合金棒料鍛造成鈦合金荒坯；
[0011]4)中間普通模鍛:將鈦合金荒坯表面清理和噴涂鍛造用玻璃潤(rùn)滑劑，然后在電爐中于在低于鈦合金相變點(diǎn)30°C?50°C的溫度下加熱后，采用模鍛設(shè)備和普通模鍛模具將鈦合金荒坯鍛造成鈦合金普通模鍛件，其中，鈦合金普通模鍛件高度方向給最終精密模鍛件預(yù)留0.5?1.2mm的變形量；
[0012]5)過(guò)切毛邊:采用切邊機(jī)熱切除去鈦合金普通模鍛件的鍛造飛邊，寬度方向過(guò)切量控制在0.3?0.8_，得到中間普通模鍛件；
[0013]6)精密模鍛:將中間普通模鍛件表面經(jīng)過(guò)清理后在電爐中氬氣保護(hù)下、在低于相變點(diǎn)120°C?150°C下加熱后，采用閉式精密模鍛模具完成最終精密模鍛，得到鈦合金精密模鍛件，鈦合金精密模鍛件高度方向變形量為0.5?1.2mm ;
[0014]7)精密模鍛件熱處理:將鈦合金精密模鍛件表面清理后，在真空熱處理爐中，進(jìn)行熱處理后采用濕吹砂工藝清理，完成鈦合金鍛件半熱態(tài)精密模鍛成型。
[0015]所述步驟2)中預(yù)熱的溫度為190-210°C，時(shí)間為l_6h。
[0016]所述步驟4)中加熱時(shí)間為20-40min。
[0017]所述步驟4)中模鍛設(shè)備為鍛錘或壓力機(jī)。
[0018]所述步驟4)中將鈦合金荒坯表面清理和噴涂鍛造用玻璃潤(rùn)滑劑的具體過(guò)程為:將荒坯表面的自由鍛造缺陷打磨清理后采用吹砂工藝清理鈦合金荒坯表面殘留的附著物，然后在190-210°C下加熱l_6h后噴涂鍛造用玻璃潤(rùn)滑劑。
[0019]步驟6)中的中間普通模鍛件表面經(jīng)過(guò)清理的具體過(guò)程為:將中間普通模鍛件表面采用吹沙工藝清理殘留的附著物，然后通過(guò)酸洗除去表面的富氧層，最后將表面鍛造缺陷采用拋磨進(jìn)行清理。
[0020]所述步驟6)中加熱的時(shí)間為25min。
[0021]所述步驟7)中的熱處理工藝具體為:在780-820°C下加熱l_2h。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果:由于金屬材料在加熱過(guò)程中表面發(fā)生氧化及產(chǎn)生氧化皮，對(duì)最終產(chǎn)品的表面質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，使鍛件表面出現(xiàn)麻點(diǎn)、凹坑，所以本發(fā)明采用少無(wú)氧化加熱技術(shù)以提高鍛件表面質(zhì)量。本發(fā)明一是采用氬氣對(duì)在電爐中加熱的鍛件進(jìn)行保護(hù)，避免產(chǎn)品表面出現(xiàn)麻點(diǎn)、凹坑的問(wèn)題；二是降低加熱溫度，延長(zhǎng)最終精密鍛件的疲勞壽命。另外，本發(fā)明采用閉式精密模鍛技術(shù)，較傳統(tǒng)的鈦合金熱模鍛工藝具有以下技術(shù)優(yōu)點(diǎn):模鍛件表面粗糙度小于3.2 μ m，鍛件無(wú)飛邊殘留，鍛件無(wú)流線端頭外漏，鍛件加工面機(jī)械加工余量小于0.5mm，鍛件使用原材料投料量減少，鍛件后期機(jī)械加工作業(yè)量大大減少、節(jié)約了成本，鍛件疲勞性能顯著升高，使用壽命也明顯增加。
[0023]進(jìn)一步的，通過(guò)采用吹砂工藝清理鈦合金荒坯表面殘留的附著物，能夠很好的清理掉表面的附著物，提高最終鍛件的表面質(zhì)量。
[0024]進(jìn)一步的，精密模鍛時(shí)，加熱時(shí)間為25min，減短加熱保溫時(shí)間，可以減少加熱過(guò)程中產(chǎn)生氧化皮。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為鈦合金高精表面模鍛件生產(chǎn)工藝流程圖；
[0026]圖2為兩通直角彎管接頭高精表面模鍛件主要鍛造工序示意圖；
[0027]圖3為四通管接頭高精表面模鍛件主要鍛造工序示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]參見(jiàn)圖1，本發(fā)明包括以下步驟:
[0029]I)模具加工:設(shè)計(jì)制造預(yù)鍛用普通模鍛模具(型腔粗糙度1.6 μ m)和終鍛用高精表面精密模鍛模具(型腔粗糙度0.8 μ m)。
[0030]2)坯料準(zhǔn)備:按照工藝計(jì)算的規(guī)格及重量準(zhǔn)備鈦合金棒料，棒料復(fù)驗(yàn)后鋸切下料，然后將棒坯表面拋磨處理為1.6 μ??。
[0031]3)噴涂潤(rùn)滑:將鈦合金棒料于190-210°C下預(yù)熱l_6h后，表面噴涂鍛造用玻璃潤(rùn)滑劑。
[0032]4)鍛造荒坯:鈦合金棒材在電爐中在低于相變點(diǎn)30°C?50°C下加熱20_40min后，采用自由鍛造設(shè)備將鈦合金棒材鍛造成外形及尺寸接近模鍛件的荒坯。其中，鍛造后的鈦合金棒材的尺寸與模鍛件的荒坯的差量為10-30%。
[0033]5)荒坯表面處理:將荒坯表面的自由鍛造缺陷(裂紋、折疊等)打磨清理干凈，并采用吹砂工藝清理干凈鈦合金荒坯表面殘留的玻璃潤(rùn)滑劑等附著物。
[0034]6)噴涂潤(rùn)滑:將鈦合金荒坯預(yù)熱(在190_210°C下加熱l_6h)后，表面噴涂鍛造用玻璃潤(rùn)滑劑。
[0035]7)中間普通模鍛:鈦合金荒坯在電爐中在低于相變點(diǎn)30°C?50°C下加熱25min后，采用鍛錘或壓力機(jī)普通模鍛設(shè)備及模具將鈦合金荒坯鍛造成外形及尺寸接近最終精密模鍛件的普通模鍛件，普通模鍛件高度方向給最終精密模鍛件預(yù)留0.5?1.2mm的變形量。其中，鍛造后的鈦合金荒坯的尺寸與最終普通模鍛件的尺寸差量為10-20%。
[0036]8)過(guò)切毛邊:模鍛后，在線采用切邊機(jī)熱切除去普通模鍛件的鍛造飛邊，寬度方向過(guò)切量控制單邊在0.3?0.6mm。
[0037]9)中間普通模鍛件表面處理:將中間普通模鍛件表面采用吹砂工藝清理干凈鈦合金荒坯表面殘留的玻璃潤(rùn)滑劑等附著物，然后采用酸洗將其表面的富氧層清洗干凈，再將表面的鍛造缺陷(裂紋、折疊等)打磨清理干凈。
[0038]10)成品精密模鍛:鈦合金普通模鍛件在電爐中氬氣保護(hù)下、在低于相變點(diǎn)120 °C?150 °C下加熱25min后，采用閉式精密鍛模具完成最終成品的精密模鍛，高度方向變形量為0.5?1.2_。
[0039]11)成品精密模