[发明专利]一种航空飞机用大型钛合金框类精锻件的锻造方法

说明书

技术领域

本发明涉及锻造成形领域，特别是涉及一种航空飞机用大型复杂钛合金框类精锻件的锻造成形方法。

背景技术

采用钛合金制造的航空领域使用的大型零部件，在设计、制作方面已逐渐趋于整体化，如整体框锻件等，由于锻件的尺寸大、辐板薄、筋的高宽比大，再加上锻件尺寸精度、性能及组织要求也较高，增加了锻造成形的难度。

目前通常使用一种大型复杂钛合金框类精锻件的锻造成形方法，该方法把按规格下料的合金棒料经镦粗、冲孔、扩孔，再把坯料加热后装进普通预锻模内锻造成形，最后将预锻件加热转入等温状态下模具内等温成形，锻造出组织和性能良好的复杂钛合金框类精锻件。采用该方法锻造结构复杂、尺寸大的复杂钛合金框类精锻件时，由于采用普通预锻，不仅导致锻件中间坯设计重量偏大，还造成预锻火次多，每火次变形量小等问题直接影响锻件的组织和性能。

采用上述方法及直接用压力机锻造预锻大型复杂钛合金框类精锻件时，由于坯料成形温度低，金属变形抗力大，锻造过程变形死区、火次多导致变形量小、残余应力大均会导致锻件组织、性能及粗加工尺寸不满足要求，从而导致锻件报废，影响型号的研制进度。而且，伴随锻造火次多，大大增加锻件的制作成本及周期。

因此原有的锻造方法已经无法满足设计及型号任务的要求，必须提出新的大型复杂钛合金框类精锻件的锻造方法已满足生产需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种采用等温预锻来实现飞机大型复杂结构件精锻件的锻造成形方法，采用该方法能够锻造出加工余量小、组织及性能优良的复杂框类锻件。

为解决上述技术问题，飞机大型复杂结构件精锻件的锻造成形方法，其技术方案包括以下步骤：

步骤1依据锻件结构特点，利用计算机数值模拟软件(Deform)，设计锻件的预锻件及高温合金预锻模，其目的在于利用钛合金特点条件下的超塑性，完成普通预锻无法实现的预锻件的成形。

步骤2将坯料加热到规定温度下，采用1600T水压机、2.5m数控扩孔机将坯料镦粗、冲孔、扩孔至φ1070×φ900×160mm；随后利用线切割，将环坯一分为二，加工为预锻荒坯。

步骤3首先将骤2荒坯加热200～300℃后，喷涂润滑剂；其次将温合金预锻模预热至坯料加热温度950℃，保温一定时间；最后将加热后的预锻荒坯，转移至预锻模内锻造成形，完成预锻件的制备。

步骤4将步骤3作的预锻件加热至一定温度，转移放入等温终锻模具内，采用较慢速度(0.05～0.5mm/s)，完成终锻锻件的成形。

步骤5将步骤4制作的锻件进行吹砂、打磨、热处理。

采用上述锻造成形方法锻造成形的大型钛合金结构精锻件，其轮廓尺寸1119×1013×167.5mm，投影面积1.03m²，辐板厚度为10mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明将锻造工艺中普通预锻代替为等温预锻，获得尺寸精密、组织及性能优良的大型钛合金结构精锻件。

等温预锻工序，有效完成坯料终锻前的金属分配。与普通预锻相比，等温预锻在锻造设备锻压过程中，通过调整锻造速度、坯料及模具温度，有效保证钛合金在规定锻造温度范围内的变形量。等温预锻在制坯方面，有效减少成形火次，保证预锻件各部位变形量，充分细化晶粒，不仅消除了冷模组织，同时得到细小的、均匀的组织。

上述的锻造方法避免航空飞机用大型钛合金框类锻件，火次多、锻造周期长、制作成本高、锻件内应力大等缺点导致最终锻件组织不均匀、批次不稳定、后期加工难度大，提高航空飞机钛合金框类锻件的综合性能和疲劳寿命，能够生产出组织均匀、综合性能优的航空飞机钛合金框类精锻件。

附图说明

图1某型机TA15合金大型飞机复杂结构精锻件的实物照片。

具体实施方式

实施本发明所述的大型飞机复杂结构件精锻件的锻造成形方法需要提供坯料、模具预热炉、压力机、机械手等设备。下面以我国材料牌号为TA15的钛合金为例来详细说明该方法的具体实施方式：

该合金的主要化学元素含量(重量百分比)为：含C量0.02％、含N量0.02％/含H量0.002％、含O量0.1％、含Al量6.4％、含V量2.3％、含Fe量0.054％、含Si量＜0.10％、含Mo量1.7％、含Zr量2.0％、其余为Ti。

该合金从棒材到生产出合格的大型飞机复杂结构精锻件的工艺步骤如下：