一种钛合金锻件半热态精密模锻成型工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于难变形有色金属材料热加工塑性成型技术领域，具体涉及一种钛合金锻件半热态精密模锻成型工艺。
【背景技术】
[0002]世界工业发达国家的优质钛合金、高温合金和铝合金一半以上产量用于航空航天工业，其中航空工业占三分之二以上。航空航天锻件与普通机械制造用产品的锻件相比较，有以下特点:第一，航空锻件一般选用高比强度、比刚度的材料，常采用新材料，不断对锻造生产技术提出新的、更高的要求。第二，航空锻件在进度和质量方面比普通机械产品锻件要求高，精锻技术及精锻件在飞机、航空发动机和辅机上应用广泛。精密锻造与普通模锻相比，可以提高材料利用率60%以上，节省机加工时50%以上，并保证构件表面完整性与流线连续性，有利于提高零件的疲劳性能和抗应力腐蚀性能，达到减重增效、长寿命、高可靠、减免维修的目的，并提高经济可承受性。
[0003]由于钛合金的热加工性能差以及锻造设备与工艺技术落后等原因，钛合金锻件主要以普通模锻件为主，高精表面的精密模锻件使用数量非常少，相关的技术研宄也少见报道。生产的普通钛合金模锻件通常以吹砂酸洗状态供货，其表面粗糙且存在大量的凹坑等缺陷，使得产品的疲劳性能降低，同时其使用寿命也大大降低。
[0004]目前航空航天用钛合金模锻件大都使用开式普通模锻工艺生产，存在大量飞边剪切残留，锻件的非机加表面粗糙度一直没有具体要求，完全依靠锻件的制造工艺保证，一般在6.3 μ m?12.5 μ m之间，致使锻件的疲劳寿命受到影响。同时，锻件加工余量大，属于典型的“肥头大耳”，造成原材料成本及后期机械加工成本高，疲劳寿命低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术中的问题，提供一种钛合金锻件半热态精密模锻成型工艺，使得锻件加工面机械加工余量小于0.5_，锻件后期机械加工作业量大大减少、节约了成本，锻件疲劳性能显著升高，使用寿命也明显增加。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0007]一种钛合金锻件半热态精密模锻成型工艺，包括以下步骤:
[0008]I)模具加工:设计并制造预锻用型腔粗糙度为1.6 μπι的普通模锻模具和终锻用型腔粗糙度为0.8 μ m的精密模锻模具；
[0009]2)喷涂润滑:在经过预热的钛合金棒料表面喷涂锻造用玻璃润滑剂；
[0010]3)锻造荒坯:将喷涂后的钛合金棒料在电炉中于低于钛合金棒料相变点30°C?50°C的温度下加热后，采用自由锻造设备将钛合金棒料锻造成钛合金荒坯；
[0011]4)中间普通模锻:将钛合金荒坯表面清理和喷涂锻造用玻璃润滑剂，然后在电炉中于在低于钛合金相变点30°C?50°C的温度下加热后，采用模锻设备和普通模锻模具将钛合金荒坯锻造成钛合金普通模锻件，其中，钛合金普通模锻件高度方向给最终精密模锻件预留0.5?1.2mm的变形量；
[0012]5)过切毛边:采用切边机热切除去钛合金普通模锻件的锻造飞边，宽度方向过切量控制在0.3?0.8_，得到中间普通模锻件；
[0013]6)精密模锻:将中间普通模锻件表面经过清理后在电炉中氩气保护下、在低于相变点120°C?150°C下加热后，采用闭式精密模锻模具完成最终精密模锻，得到钛合金精密模锻件，钛合金精密模锻件高度方向变形量为0.5?1.2mm ;
[0014]7)精密模锻件热处理:将钛合金精密模锻件表面清理后，在真空热处理炉中，进行热处理后采用湿吹砂工艺清理，完成钛合金锻件半热态精密模锻成型。
[0015]所述步骤2)中预热的温度为190-210°C，时间为l_6h。
[0016]所述步骤4)中加热时间为20-40min。
[0017]所述步骤4)中模锻设备为锻锤或压力机。
[0018]所述步骤4)中将钛合金荒坯表面清理和喷涂锻造用玻璃润滑剂的具体过程为:将荒坯表面的自由锻造缺陷打磨清理后采用吹砂工艺清理钛合金荒坯表面残留的附着物，然后在190-210°C下加热l_6h后喷涂锻造用玻璃润滑剂。
[0019]步骤6)中的中间普通模锻件表面经过清理的具体过程为:将中间普通模锻件表面采用吹沙工艺清理残留的附着物，然后通过酸洗除去表面的富氧层，最后将表面锻造缺陷采用抛磨进行清理。
[0020]所述步骤6)中加热的时间为25min。
[0021]所述步骤7)中的热处理工艺具体为:在780-820°C下加热l_2h。
[0022]与现有技术相比，本发明具有的有益效果:由于金属材料在加热过程中表面发生氧化及产生氧化皮，对最终产品的表面质量产生不利影响，使锻件表面出现麻点、凹坑，所以本发明采用少无氧化加热技术以提高锻件表面质量。本发明一是采用氩气对在电炉中加热的锻件进行保护，避免产品表面出现麻点、凹坑的问题；二是降低加热温度，延长最终精密锻件的疲劳寿命。另外，本发明采用闭式精密模锻技术，较传统的钛合金热模锻工艺具有以下技术优点:模锻件表面粗糙度小于3.2 μ m，锻件无飞边残留，锻件无流线端头外漏，锻件加工面机械加工余量小于0.5mm，锻件使用原材料投料量减少，锻件后期机械加工作业量大大减少、节约了成本，锻件疲劳性能显著升高，使用寿命也明显增加。
[0023]进一步的，通过采用吹砂工艺清理钛合金荒坯表面残留的附着物，能够很好的清理掉表面的附着物，提高最终锻件的表面质量。
[0024]进一步的，精密模锻时，加热时间为25min，减短加热保温时间，可以减少加热过程中产生氧化皮。
【附图说明】
[0025]图1为钛合金高精表面模锻件生产工艺流程图；
[0026]图2为两通直角弯管接头高精表面模锻件主要锻造工序示意图；
[0027]图3为四通管接头高精表面模锻件主要锻造工序示意图。
【具体实施方式】
[0028]参见图1，本发明包括以下步骤:
[0029]I)模具加工:设计制造预锻用普通模锻模具(型腔粗糙度1.6 μ m)和终锻用高精表面精密模锻模具(型腔粗糙度0.8 μ m)。
[0030]2)坯料准备:按照工艺计算的规格及重量准备钛合金棒料，棒料复验后锯切下料，然后将棒坯表面抛磨处理为1.6 μ??。
[0031]3)喷涂润滑:将钛合金棒料于190-210°C下预热l_6h后，表面喷涂锻造用玻璃润滑剂。
[0032]4)锻造荒坯:钛合金棒材在电炉中在低于相变点30°C?50°C下加热20_40min后，采用自由锻造设备将钛合金棒材锻造成外形及尺寸接近模锻件的荒坯。其中，锻造后的钛合金棒材的尺寸与模锻件的荒坯的差量为10-30%。
[0033]5)荒坯表面处理:将荒坯表面的自由锻造缺陷(裂纹、折叠等)打磨清理干净，并采用吹砂工艺清理干净钛合金荒坯表面残留的玻璃润滑剂等附着物。
[0034]6)喷涂润滑:将钛合金荒坯预热(在190_210°C下加热l_6h)后，表面喷涂锻造用玻璃润滑剂。
[0035]7)中间普通模锻:钛合金荒坯在电炉中在低于相变点30°C?50°C下加热25min后，采用锻锤或压力机普通模锻设备及模具将钛合金荒坯锻造成外形及尺寸接近最终精密模锻件的普通模锻件，普通模锻件高度方向给最终精密模锻件预留0.5?1.2mm的变形量。其中，锻造后的钛合金荒坯的尺寸与最终普通模锻件的尺寸差量为10-20%。
[0036]8)过切毛边:模锻后，在线采用切边机热切除去普通模锻件的锻造飞边，宽度方向过切量控制单边在0.3?0.6mm。
[0037]9)中间普通模锻件表面处理:将中间普通模锻件表面采用吹砂工艺清理干净钛合金荒坯表面残留的玻璃润滑剂等附着物，然后采用酸洗将其表面的富氧层清洗干净，再将表面的锻造缺陷(裂纹、折叠等)打磨清理干净。
[0038]10)成品精密模锻:钛合金普通模锻件在电炉中氩气保护下、在低于相变点120 °C?150 °C下加热25min后，采用闭式精密锻模具完成最终成品的精密模锻，高度方向变形量为0.5?1.2_。
[0039]11)成品精密模