1、引言
某型号飞机发动机挂架用TC4钛合金锻件尺寸大(单重142kg,长度1700mm,宽度380mm),形状复杂,对探伤及性能要求高。采用模锻的方法生产需要的设备吨位大。采用自由锻方法生产,由于锻件的尺寸大,组织很难控制。且国内无此类锻件成熟的生产工艺可供鉴。为此,本实验探讨了在水压机上自由锻制坯、胎模锻成形、锻制TC4钛合金大型锻件的生产工艺,为航空用大型钛合金锻件的工业化生产提供工艺参考。
2、实验过程
飞机用大型TC4合金锻件(图1),有两个难点:①不仅要求3个面探伤,而且要求达到AA级探伤水平(杂波水平要达到φ1.2~9dBB);②锻件形状复杂,各相关尺寸公差小,变截面处有流线要求。
45°钢坯外购。尺寸为φ720mm、重4t的TC4合金铸锭由宝鸡钛业股份有限公司熔铸厂采用真空自耗电弧炉熔铸,化学成分符合国家标准。自由锻设备为1250t水压机和3150t水压机。
依据宝鸡钛业股份有限公司现有设备能力和工艺水平,以及对同规格TC4锻坯探伤摸底,用45#钢坯进行了预锻工艺试验,初步拟订工艺路线为:
铸锭->棒坯锻造->自由锻制坯->胎模锻成形->热处理->机加工->性能检测。
3、实验结果及讨论
3.1 锻造工艺
由于成品锻件最大截面尺寸为380mmx82mm,而棒坯在自由锻制坯及胎模锻成形过程中变形量小。因此,为了保证整个锻件均达到AA级的探伤水平,在棒坯锻造过程中要对棒坯组织和性能和进行严格控制,以获得均匀良好的双态组织。
自由锻制坯在1250t水压机上完成。由于锻件长为1700mm、局部截面尺寸为380mmx82mm,无法局部镦制,故只能按最大截面选择棒坯尺寸。
考虑到横向锻造时,轴向长度也会少量增加,因此棒坯直径为φ270mm。采用上窄、下宽锤头,用偏心轴锻造方法拔长小截面处,以保证底面平整。
另外,在锻造过程中要不断整形,矫正金属上下部流动不均匀产生的弯曲。胎模设计要注意:①模腔各变截面处尺寸适当加大,留有机加工余量;②模具没有顶出孔及拔模斜度,利于锻件出模;③模腔四周设有飞边槽,容纳多余的金属,保护模具,增加金属模腔外四周和流动阻力,迫使金属充满模腔。在胎模锻成形过程中,模具需预热到400℃左右,模内加润滑剂,锻坯表面涂玻璃粉,提高锻坯在模内的流动性,使坯料在模腔内能够充满。
3.2 锻件的组织
锻件低倍观察见图2。可见,锻件变截面处流线完整,无任何被切断的痕迹,锻件中部流线不对称。这主要是由于在自由锻初成形过程中,是用圆棒压在长方形锻坯上,用锤头压圆棒压制出圆弧形的细颈部分,再用锤头锤打拔长,保持了流线的完整性;而偏心轴拔长使锻件中部流线不对称。将锻件分成2个区,并在不同方向各截取3个试样,观察高倍组织,见图3,图4。
图3,图4表明,TC4钛合金锻件高倍组织中,纵向、短横向、长横向差异很小,均为等轴α+β转组织。
3.3 锻件的性能
锻件经过780℃,2h空冷热处理后,在不同方向截取试样,测试了力学性能。结果见表1。
从表1可以看出,采用本实验研究的锻造工艺制备的锻件力学性能良好,完全满足技术条件要求。
3.4 探伤
对整个锻件进行探伤检查。在尺寸为380mmx82mm大截面部分的端面附近杂波达到φ1.2mm~9dB,其它区域均达到φ1.2mm~15dB,均满足φ1.2mm~9dB的技术要求。
3.5 尺寸检查
采用本实验研究的生产工艺共生产了3批次41件,尺寸均达到技术要求。表明采用自由锻制坯、胎模锻成形方法锻制飞机用大型TC4合金锻件是完全可行的。
4、结论
采用本实验研究的棒坏锻->自由锻制坯->胎模锻成形->热处理->机加工->检验工艺流程,生产飞机用TC4合金锻件完全可行。主要力学性能指标(抗拉强度为905MPa,屈服强度为830MPa,ak值为38.9J/cm2,室温缺口试验是1170MPa,7h未断)完全满足技术条件要求,探伤检查除380mmx82mm大截面部分的端面附近杂波达到φ1.2mm—9dB,其它区域均达到φ1.2mm—15dB,满足φ1.2mm一9dB的技术要求;采用本实验工艺共生产了3批次41件,尺寸均达到锻件用的要求。
参考文献
【l】YangZhenheng(杨振恒).ForgingTechnol06。y(锻造工艺学).Xi’fLrl:NorthwestIndustryUniversityPress,1999
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