阅读说明：本技术 厚大变截面Ti-6242合金整体叶盘锻件的制备方法 (Preparation method of thick and large variable-section Ti-6242 alloy blisk forging ) 是由 李晓强 王周田 张昕 邓肯 张森峰 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种厚大变截面Ti-6242合金整体叶盘锻件的制备方法,包括超声波检测满足技术标准要求的棒料实际噪声水平；根据锻件验收标准所要求的超声波检测噪声确定中间坯的理论超声波检测噪声；根据中间坯的理论超声波检测噪声和棒料实际的超声波检测噪声的差值,并结合每镦拔一次锻件噪声的降低值,计算改锻火次,制定改锻工艺,改锻得到中间坯；对中间坯进行模锻,得到锻件毛坯；对锻件毛坯进行粗加工,然后热处理。本方法能够得到质量稳定、可靠的厚大变截面Ti-6242合金整体叶盘锻件,中间坯制备方法、锻造工艺参数范围、锻件设计原则、模锻件结构调整方案等工艺过程设计明确、可控,从而能够推广应用到实际生产中。(The invention discloses a preparation method of a thick and large variable cross-section Ti-6242 alloy blisk forging, which comprises the following steps of detecting the actual noise level of a bar material meeting the technical standard requirement by ultrasonic waves; determining theoretical ultrasonic detection noise of the intermediate blank according to the ultrasonic detection noise required by the forge piece acceptance standard; calculating the forging-modifying heat according to the difference value of theoretical ultrasonic detection noise of the intermediate billet and actual ultrasonic detection noise of the bar material and the reduction value of the forging noise of each upsetting and drawing, formulating a forging-modifying process, and modifying forging to obtain an intermediate billet; die forging is carried out on the intermediate blank to obtain a forging blank; and (4) roughly processing the forging blank and then carrying out heat treatment. The method can obtain the thick and large variable cross-section Ti-6242 alloy blisk forge piece with stable and reliable quality, and the intermediate blank preparation method, the forging process parameter range, the forge piece design principle, the die forge piece structure adjustment scheme and other process designs are clear and controllable, so that the method can be popularized and applied to actual production.)

厚大变截面Ti-6242合金整体叶盘锻件的制备方法

技术领域

本发明涉及锻造技术领域，具体涉及一种厚大变截面Ti-6242合金整体叶盘锻件的制备方法。

背景技术

在航空发动机领域，低油耗、大推重比、低噪声是衡量发动机优劣的重要指标。伴随时代发展的需要，大涵道比涡轮风扇发动机已成为民用航空发动机的最佳选择之一，而在发动机制造领域，大涵道比意味着发动机的尺寸将逐步增大，厚大变截面零件成为必备组件，对于性能优越的厚大变截面整体叶盘锻件的需求异常迫切，其制备技术的突破将是研制大涵道比涡扇发动机的前提与基础。

产品厚大常与材料淬透性形成矛盾，结构尺寸易超过材料固有的淬透极限，严重影响锻件的力学性能，并且所需成形载荷成倍增加，设备能力要求较高，模具承受载荷大幅增加。截面多变，给本体变形均匀性带来较大困难，设计阶段需充分开展数值模拟工作，进行结构优化以提高本体变形合理性。目前，关于厚大变截面Ti-6242合金整体叶盘锻件的工程化研究较少，该类产品都处于试验阶段，无法推广应用到实际生产中，如何获得质量稳定、可靠的厚大变截面Ti-6242合金整体叶盘锻件的方法鲜有报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种厚大变截面Ti-6242合金整体叶盘锻件的制备方法，针对Ti-6242合金材质的特性，获得组织和性能较为优异的厚大变截面Ti-6242合金整体叶盘锻件，且可以推广应用到实际生产中。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：厚大变截面Ti-6242合金整体叶盘锻件的制备方法，包括

对满足技术要求的棒料进行超声波检测，获取棒料的超声实际波检测噪声；

根据锻件验收标准所要求的超声波检测噪声确定中间坯的理论超声波检测噪声；根据中间坯的理论超声波检测噪声和棒料的实际超声波检测噪声的差值，并结合每镦拔一次坯料噪声的降低值，计算改锻火次，制定改锻工艺；

根据改锻工艺对棒料进行改锻，得到中间坯；

对中间坯进行模锻，得到锻件毛坯；

对锻件毛坯进行粗加工以去除表面覆盖物与氧化层，然后热处理。

进一步地，验收标准所要求的超声波检测噪声增加(6～9)dB即为中间坯的理论超声波检测噪声；

根据每镦拔一次坯料超声波检测噪声降低(3～6)dB的原则计算改锻火次。

进一步地，改锻时，坯料的加热温度为T_β-(20～45)℃，每次镦拔的变形量控制在35％～75％之间。

进一步地，改锻时利用保温材料包裹热态坯料。

进一步地，模锻得到的锻件毛坯的两端具有中心盲孔，中心盲孔的侧壁为锥面，且中心盲孔的侧壁通过弧面与孔底相连，其中一个中心盲孔的孔底中心处向下凹陷形成阶梯定位孔，另一个中心盲孔位于锻件毛坯的轮毂内，且锻件毛坯外壁的各个面之间通过弧面相连接；叶盘体随形设计成双斜面，叶盘体的外圆周面上预留试环。

进一步地，采用模锻压机进行模锻：在3～15mm/s速度范围内，先恒速压制中间值，然后匀速压至目标值；加热T_β-(30～40)℃，模锻变形量为40％～80％。

进一步地，粗加工时，将阶梯定位孔加工成为通孔；将中心盲孔的侧壁和轮毂的外圆周面加工为直面；加工其余内外表面；加工时保留试环，锻件毛坯的内外表面均留出精加工余量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过中间坯探伤指标制定，中间坯改锻工艺设计，锻件优化设计、模锻工艺制定和热处理前锻件结构调整的控制及具体工艺措施，制得的锻件的超声波检测噪声满足验收标准，保证锻件的质量，且本方法能够得到质量稳定、可靠的整体叶盘锻件，中间坯制备方法、锻造工艺参数范围、锻件设计原则、模锻件结构调整方案等工艺过程设计明确、可控，从而能够推广应用到实际生产中。

附图说明

图1为厚大变截面合金整体叶盘锻件的设计示意图；

图2为锻件毛坯的示意图；

图3是锻件毛坯粗加工之后的示意图；

图4是水浸超声波探伤位置示意图；

附图标记：1—中心盲孔；2—阶梯定位孔；3—轮毂；4—叶盘体；5—试环。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明的厚大变截面Ti-6242合金整体叶盘锻件的制备方法，包括超声波检测选材、改锻、模锻、粗加工和热处理等步骤，具体地：

对满足技术要求的棒料进行超声波检测，获取棒料的实际超声波检测噪声。超声波探伤检测为现有常见的检测方式，可检测坯料内部的夹杂物、裂缝、缩孔、白点、分层等缺陷，从而判断产品的质量。噪声的大小体现组织的均匀性，超声波检测噪声越小，则表明产品的品质越高，反之，超声波检测噪声越高，则表明产品的品质越差。

为了保证制得的锻件的超声波检测噪声满足验收标准，根据锻件验收标准所要求的超声波检测噪声确定中间坯的理论超声波检测噪声。厚大变截面Ti-6242合金整体叶盘锻件的验收标准中对超声波检测噪声作出了规定，因此，验收标准所要求的超声波检测噪声是已知的，而中间坯的理论超声波检测噪声与验收标准所要求的超声波检测噪声的差值是由模锻带来的超声波检测噪音减少量确定的，先确定模锻带来的超声波检测噪音减少量，再利用验收标准所要求的超声波检测噪声加上模锻带来的超声波检测噪音减少量即为中间坯的理论超声波检测噪声。

根据中间坯的理论超声波检测噪声和棒料的实际超声波检测噪声的差值，并结合每镦拔一次坯料噪声的降低值，计算改锻火次，制定改锻工艺。改锻可提高坯料组织的均匀性，改善组织性能，改锻后的坯料超声波噪声会降低。根据中间坯的理论超声波检测噪声和棒料的实际超声波检测噪声的差值，以及每一火次改锻对超声波检测噪声的影响，可确定改锻火次，保证改锻完成后，中间坯的实际超声波检测噪声小于或等于中间坯的理论超声波检测噪声。

根据改锻工艺对棒料进行改锻，得到中间坯，可对中间坯进行超声波检测，以确保满足中间坯的理论超声波检测噪声后再进行后续加工。改锻的目的在于细化组织并改善组织均匀性，包括反复镦拔以及镦粗成中间坯的过程。

对中间坯进行模锻，得到锻件毛坯。

对锻件毛坯进行粗加工以去除表面覆盖物与氧化层，然后热处理，得到锻件。

最后对锻件进行超声波检测，判断锻件的超声波检测噪声是否满足验收要求。

本发明根据锻件验收标准所要求的超声波检测噪声以及模锻对超声波检测噪声的影响，倒推中间坯的验收标准所要求的理论超声波检测噪声，再根据中间坯的理论超声波检测噪声与棒材的实际超声波检测噪声的差值确定改锻工艺，从而能够控制改锻和模锻对锻件超声波检测噪声的影响，保证锻件的质量满足验收标准。此外，本发明针能够对具有不同超声波检测噪声的棒材制定不同的改锻工艺，在原材料品质很难完全统一的情况下，保证了每根棒材制得的锻件都能够满足验收要求，达到了生产质量稳定可靠的目的，可推广应用到实际生产中。

将验收标准所要求的超声波检测噪声提高(6～9)dB即为中间坯的理论超声波检测噪声。如果制得的中间坯超声波检测噪声降低程度比此范围大，锻件超声效果提高不大，并且火次增加，锻件部分力学性能会受损；如果比此范围小，则模锻出的锻件超声波检测噪声会超标。

根据每镦拔一次荒坯超声波检测噪声降低(3～6)dB的原则计算改锻火次。

改锻时，坯料的加热温度为T_β-(20～45)℃，每次镦拔的变形量控制在35％～75％之间。

改锻时利用保温材料包裹热态坯料。

模锻的具体工艺为：采用800MN大型模锻压机进行模锻，在3～15mm/s速度范围内，先恒速压制中间值，然后匀速压至目标值；加热温度T_β-(30～40)/℃，模锻变形量为40％～80％。

上述工艺参数范围均为制备稳定、可靠锻件的约束条件，是针对Ti-6242合金材质特性，经过多次试验得来的。明确了工艺参数选取范围，是推广应用的技术要点。

本发明的厚大变截面合金整体叶盘锻件如图1所示，包括轮毂2和叶盘体4，轮毂2和叶盘体4的内部设置有中心通孔。由于锻件的外形和内孔结构较复杂，很难直接模锻成型，为了降低模锻的难度，且减小模锻过程中对锻件内部质量的影响，需要在模锻之前优化锻件毛坯的结构，根据锻件毛坯的结构和尺寸制造模具，然后再进行锻造。

具体地，模锻得到的锻件毛坯的两端具有中心盲孔1，中心盲孔1的侧壁为锥面，且中心盲孔1的侧壁通过弧面与孔底相连，其中一个中心盲孔1的孔底中心处向下凹陷形成阶梯定位孔2，另一个中心盲孔1位于锻件毛坯的轮毂3内，锻件毛坯轮毂3的外圆周面也设置为锥面，且锻件毛坯外壁的各个面之间通过弧面相连接；叶盘体4的外圆周面上预留试环5。将锻件的中心通孔改为两个中心盲孔1以及阶梯定位孔2。将中心盲孔1的侧壁和轮毂3的外圆周面改为锥面，锻件毛坯外壁的各个面之间通过弧面相连接，叶盘体4随形设计成双斜面，以便于脱模。试环5则用于热处理后取样检测，可代表交付锻件的力学性能。

根据锻件的设计结构和尺寸对锻件毛坯进行粗加工，锻件毛坯的内外表面进行正对性粗加工，均留出精加工余量。将精加工余量设置为大于或等于4mm，即可满足热处理后的精加工要求，保证精加工后的锻件尺寸与设计尺寸相符合。具体的粗加工内容包括：将阶梯定位孔2加工成为通孔，将中心盲孔1的侧壁和轮毂3的外圆周面加工为直面；加工锻件毛坯的其余内外表面，得到如图3所示的热处理毛坯。粗加工可去除表面覆盖物和氧化物，且对厚大部位处的阶梯定位孔2、中心盲孔1和轮毂3进行极限加工，去除绝大部分的加工余量，只留下与其他部位相同的精加工余量，试环5局部不加工，使锻件毛坯的尺寸尽可能接近锻件的设计尺寸，整体结构趋于均衡，以便各部位达到热处理工艺要求。上述加工不分先后。

实施例

以某机型用Ti-6242合金整体叶盘锻件的制备为例，对本发明作进一步的阐述。

该Ti-6242合金整体叶盘锻件的验收标准所要求的超声波检测噪声≤

dB，根据“验收标准所要求的超声波检测噪声提高(6～9)dB即为中间坯的理论超声波检测噪声”的原则，将验收标准所要求的超声波检测噪声增加9dB，计算出中间坯的理论超声波检测噪声要求≤

选取一根合格的棒材，测得棒材的超声波检测噪声为根据棒材的超声波检测噪声与中间坯的理论超声波检测噪声要求的差异，依据“每镦拔一次坯料超声波检测噪声降低(3～6)dB”的原则，计算出改锻火次：6火镦拔+1火镦粗修整。

改锻得到中间坯：变形量控制在50％～60％；锻造设备为16MN快锻机；加热温度为T_β-(30～40)/℃；保温措施为热包套。

测得中间坯的实际超声波检测噪声：

是满足中间坯的理论超声波检测噪声要求≤

的，因此，得到的中间坯是合格的。

模锻得到如图2所示的锻件毛坯：锻造方法为模锻程序化压制成形；变形量控制在40％～80％；锻造设备为800MN大型模锻压机；压制速度模式为先以8mm/s恒速压制中间值，然后以5mm/s匀速压至目标值；加热温度：T_β-(30～40)/℃。

利用机床对锻件毛坯进行粗加工，得到如图3所示的热处理毛坯，热处理毛坯的内外表面留出至少4mm的精加工余量。

对热处理毛坯进行热处理，得到锻件产品。

检验锻件产品是否合格

在解剖锻件本体上进行取样，检测试样在室温的力学性能，检测项目、检测结果以及技术标准如下表1所示：

表1室温力学性能

检测试样在480℃的力学性能，检测项目、检测结果以及技术标准如下表2所示：

表2 480℃高温力学性能

检测试样的高温蠕变性能，检测项目、检测结果以及技术标准如下表3所示：

表3高温蠕变

对锻件产品的各个部位进行水浸超声波探伤，检测面以及检测结果如下表4所示：

表4水浸超声波探伤结果

表4中，UTA到UTH的具***置如图4所示。

根据表1至表3可知，采用本方法制得的锻件的力学性能满足技术标准的要求，表4中，各个部位的超声波检测噪声全部小于

满足验收标准所要求的超声波检测噪声≤

因此，本发明能够制得质量满足要求的Ti-6242合金整体叶盘锻件。