[发明专利]钛合金异形环锻件的辗轧成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种环形锻件的轧制成形方法，特别是涉及了钛合金异形环锻件的辗轧成形方法。

背景技术

采用钛合金(如俄罗斯BT20等材料牌号)制造的航空发动机或地面燃气轮机的异形环锻件，如后安装边环等部件由于长期在恶劣的环境下工作，要求锻件具有较好的性能及组织稳定性。

2005年3月2日公开的中国发明专利说明书CN 1586754A公开了一种外台阶截面环件轧制成形的方法，所述环件的纵向截面是一种非矩形的外台阶形状，即所述环件属于异形环锻件的一种特殊形状。该方法包括下料、制坯、轧制及后续加工，采用该方法轧制的异形环件是由轧环机的主辊(即驱动辊)和芯辊直接形成的孔型来实现异形环件的变形成形。采用该工艺轧制不同形状的异形环件时，需要重新更换辊型，而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。

上述环件轧制成形方法并未公开轧制钛合金异形环锻件的具体工艺步骤，轧制钛合金异形环锻件时，从合金棒料到最终轧制成异形环锻件，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，将会造成环锻件组织变异、晶粒粗大、轧伤、轧裂、易产生飞边等缺陷，从而影响锻件的交付和使用。

有鉴于此，本发明提供了一种钛合金异形环锻件的辗轧成形方法。

发明内容

本发明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异形环锻件在辗轧模具内成形的方法，采用该方法精确轧制的环件具有优良的组织和性能。

为解决上述技术问题，本发明所述钛合金异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30℃的变形温度，经镦粗使其变形65％～70％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25％～30％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25％～30％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异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40％～45％后成为异形环锻件。

当采用上述方法辗轧成形不同形状的异形环锻件时，只需把辗轧模具的孔型按环锻件的截面形状来调整，更换相应的模具模块便可。

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。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明把按规格下料的钛合金棒料从镦粗、冲孔、制矩形预轧坯、到辗轧成异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异形环锻件成形，获得了组织均匀和性能优良的异形环锻件。以俄罗斯材料牌号为BT20的变形钛合金为例，经检测该合金异形环锻件不同部位的金相低倍组织，未发现有裂纹、缩孔、气孔、夹杂等冶金缺陷；经检测该合金异形环锻件的金相高倍组织，未发现有有粗晶、组织变异、偏析等缺陷。

经检测该合金异形环锻件的室温拉伸性能，其抗拉强度为975MPa～980MPa(大于使用要求的930MPa)，其断后伸长率为12％～14％(大于使用要求的8％)，断面收缩率为35％～36％(大于使用要求的20％)；经检测该合金异形环锻件的冲击性能，其冲击功为47J～67.6J(大于使用要求的29.4J)；经检测该合金异形环锻件的高温拉伸持久性能，其在试验温度为500℃、试验应力为470MPa、持续时间51小时内未断(大于使用要求的50小时)；经检测该合金异形环锻件的布氏硬度为333，符合规定要求。

从该合金异形环锻件的理化检测结果可知，采用上述方法辗轧成形的该合金异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。