[发明专利]一种防止大型钛合金等温精密薄腹板锻件热加工翘曲变形的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种防止大型钛合金等温精密薄腹板锻件热加工翘曲变形的方法，属金属热加工工艺。

背景技术

近十余年，随着等温近净成形技术的发展，越来越多地大型整体钛合金结构件采用等温锻造技术进行生产，由于飞机结构件大多具有形状复杂，筋高腹板薄的特点，在锻造过程中各处金属变形与流动量不一致，遗留了部分加工应力；在冷却过程中，由于锻件本身各截面厚度不同，同时受摆放方式的影响，各处散热系数也不同，导致温差应力产生，温差应力与残余加工应力叠加后，造成锻件翘曲变形，翘曲大时可达10余mm/1000mm，虽然可以通过校正的方法减小翘曲，但校正温度一般较低，容易增加残余应力，将引起后续机械加工翘曲变形或造成不能加工出零件的后果。现有的公开文献“Characterization of residual stresses in heat treated Ti-6Al-4V forgings bymachining induced distortion”(EPJ web of conferences 644006(2010))提到的有限元分析残余应力分布及分散加工点散热方法只适合机械加工。文献“航空整体结构件加工变形安全校正关键技术研究”(山东大学硕士论文，2009年5月)提到的振动时效不适合钛合金结构件，因钛合金弹性模量大，不宜小面积校正。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种防止大型钛合金等温精密薄腹板锻件热加工翘曲变形的方法。

技术方案

一种防止大型钛合金等温精密薄腹板锻件热加工翘曲变形的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将钛合金等温精密薄腹板锻件从高温锻造模具中取出后，悬挂在挂件柱上，质量大的部分放置在挂件柱的上方，空冷至室温；

步骤2：将空冷到室温的精密薄腹板钛合金锻件平置在垫板上，锻件翘曲处下方放置垫块，垫块之间的间隔为垫块宽度的1～1.2倍，垫块的高度使得锻件高度落差为等高；

步骤3：在精密薄腹板锻件翘曲处上方摆放压块，压块与锻件的接触宽度应等于或小于锻件该处的横向宽度；压块的质量应稍大于锻件翘曲处面积与热处理加热温度下钛合金的屈服强度的乘积；

步骤4：将在垫板码放好的锻件及垫块、压块一起装炉，按照该锻件的标准热处理制度规定的入炉温度、热处理加热温度和保温时间，入炉进行热处理加热和保温；

步骤5：将在垫板码放好的锻件及垫块、压块一起出炉，待温度降至600℃±20℃时，迅速去掉压块，将等温精密锻件悬挂在挂件柱上方，质量大的部分仍然放置在挂件柱的上方，空冷至室温。

所述垫板、垫块及压块材料为耐热不锈钢。

所述垫板的厚度大于120mm。

所述垫板表面平面度控制在±0.1/1000mm范围内。

有益效果

本发明提出的防止大型钛合金等温精密薄腹板锻件热加工翘曲变形的方法，将等温精密锻件从高温锻造模具中取出后的冷却过程中，在悬挂支架(见图1)悬挂摆放、且质量大的部分应放置在挂件柱上方(见图2)。目的使锻件各处都能置于大气中，使锻件各处的热传导系数相等，使锻件均匀散热，质量大的部分放置在挂件柱的上方是为了避免锻件受到较大的重力诱发新的变形应力。相对于平放在地面的传统方法，挂放方法可使锻件翘曲量至少减小30％。在热处理入炉前，将有翘曲的锻件平置在垫板上，在锻件与垫板之间用垫块垫实，若锻件底面是平行等高的，垫块的高度是一致的，如锻件底面有高度落差，垫块高度有同等的落差(见图2)；采用本方法使得各截面面积不等的大型复杂钛合金飞机结构件等温锻造后冷却、热处理后冷却过程中的热量均匀发散，锻件翘曲处在热处理过程中压平，该工艺简单易行，费用低廉。

本方法不同于三点弯曲校正和模具校正，具有工艺及工装简单、无须另占设备、

附图说明

图1：为本发明悬挂却冷用悬挂支架示意图

图2：为本发明热处理垫板、垫块及压块在热处理炉中放置示意图

1-悬挂支架腿，2-立柱，3-挂件柱，4-上支撑梁，5-垫板，6-垫块，7-薄壁精锻件，8-压块

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本实施例获得的外轮廓尺寸约1180mm×1090mm，内轮廓尺寸约φ900mm，平均筋高70mm，平均腹板厚10mm，局部实体高度达180mm的××飞机TA15钛合金整体框锻件。