一种定向凝固钛铝合金叶片的锻造工艺

摘要

一种定向凝固钛铝合金叶片的锻造工艺，它涉及一种钛铝合金叶片的锻造工艺。本发明解决了现有的定向凝固钛铝合金叶片的成形方法存在的叶片成形困难和叶片成形质量差的问题。本发明的方法步骤为：确定叶片坯料的尺寸；采用高温模具钢制造锻造模具；涂抹润滑剂；将定向凝固钛铝合金叶片坯料放置在温度为900～1170℃的电炉内加热2小时；将锻造模具放置在电炉内加热后迅速取出；将锻造模具放置在两块加热至300～400℃垫板之间，在压力机上快速闭合进行锻造，锻造时间为30～60秒；锻造模具放在200～300℃的电炉内退火，退火时间为15分钟，得到定向凝固钛铝合金叶片。本发明易于定向凝固钛铝合金叶片的成形，得到了表面质量较好的定向凝固钛铝合金叶片。

权利要求

1.一种定向凝固钛铝合金叶片的锻造工艺，其特征在于：定向凝固钛铝合金叶片的锻造工艺的步骤为：步骤一：确定定向凝固钛铝合金叶片坯料的尺寸；

步骤二：采用高温模具钢制造锻造模具，锻造模具的型腔与定向凝固钛铝合金叶片的外形相一致；

步骤三：将润滑剂均匀的涂抹在定向凝固钛铝合金叶片坯料的表面上及锻造模具的型腔的表面上；

步骤四：将定向凝固钛铝合金叶片坯料放置在锻造模具的型腔内，然后合模；

步骤五：将合模后的锻造模具放置在温度为900～1170℃的电炉内加热2小时，然后迅速取出； 步骤六：将迅速取出的锻造模具放置在预热至300～400℃的两块垫板之间，在公称压力为315～500t的压力机上快速闭合进行锻造，锻造时间为30～60秒；

步骤七：锻造完成后，将锻造模具放置在200～300℃的电炉内进行退火，退火时间为

15分钟，得到定向凝固钛铝合金叶片。

2.根据权利要求1所述一种定向凝固钛铝合金叶片的锻造工艺，其特征在于：所述步骤二中的锻造模具采用高温模具钢K403制造。

3.根据权利要求1或2所述一种定向凝固钛铝合金叶片的锻造工艺，其特征在于：所述步骤三中的润滑剂为玻璃粉。

4.根据权利要求3所述一种定向凝固钛铝合金叶片的锻造工艺，其特征在于：所述步骤四中的锻造模具的合模间隙为2mm。

说明书

一种定向凝固钛铝合金叶片的锻造工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及一种钛铝合金叶片的锻造工艺。

背景技术

[0002] 发动机叶片材料制备加工技术始终是航空航天发展的核心问题。随着飞行器性能的提高，对发动机的推重比要求越来越高，而为了提高发动机的性能，很大程度上决定于叶片性能的提高。现代航空技术的发展表明，叶片性能的提高需要从材料和制备技术两方面共同起作用。

[0003] 自上世纪50年代开始对钛铝(TiAl)合金的研究就是将其定位为中高温结构材料。以金属间化合物相γ-TiAl和α2-Ti3A1为基础的钛铝化合物由于具有高熔点、低密度、高弹性模量、低扩散系数、良好的抗氧化性和抗腐蚀性以及阻燃性比常规钛合金低而日益成为人们研究的重点。经过50余年的深入研究，基础数据日益丰富起来，在一定的温度范围内的比弹性模量及比强度，TiAl合金的比弹性模量高于钛合金和镍基合金，也高于NiAl金属间化合物，这样的特点会显著增加TiAl合金构件的刚度，提高其稳定性。TiAl合金的比强度在500-1200K范围内具有明显的优势，高于钛合金和多晶镍基合金，甚至可以与单晶镍基合金相比。这些优势决定了TiAl合金非常适合于制造各类发动机中运动部件。TiAl合金的高比强度、高的抗氧化、抗蠕变温度使其成为压气机叶片的首选材料。而定向凝固钛铝合金的特点在于：能够使晶粒的生长方向与力的加载方向一致，其结果是大大的提高叶片的使用寿命。

[0004] 目前，对于定向凝固钛铝合金叶片的成形主要有两种方法：熔模精密铸造和塑性变形成形。对于定向凝固钛铝合金熔模精密铸造遇到的问题主要有三点：一、陶瓷模对合金材料的污染，恶化冶金质量，虽然人们一直在探索新的高化学稳定性的耐火材料，但收效甚微；二、定向凝固钛铝合金凝固收缩使叶片内产生疏松类缺陷，虽然可采用热等静压技术消除疏松，但热等静压后叶片的变形明显；三、晶界开裂在定向凝固涡轮叶片中易于出现，其原因在于：一方面由于定向凝固高温合金叶片的横向晶界是薄弱环节，另一方面则是由于生产定向凝固涡轮叶片时需要陶瓷型芯，铸件凝固后再熔掉，由于陶瓷型芯的热膨胀系数比定向凝固高温合金的热膨胀系数小，因而在冷却收缩时，型芯周围产生径向应力作用而导致晶界开裂。综上，所述的熔模精密铸造成形的叶片质量差。对于定向凝固钛铝合金塑性变形的方法来成形叶片，由于定向凝固钛铝合金存在塑性很低(室温下塑性≤0.7％)、变形抗力高、锻造温度范围窄、很强的各项异性、对应变速率和应力状态敏感等特点，从而给定向凝固钛铝合金的锻造成形带来很大的困难。

发明内容

[0005] 本发明的目的是为了解决现有的定向凝固钛铝合金叶片的成形方法存在的叶片成形困难和叶片成形质量差的问题，进而提供一种定向凝固钛铝合金叶片的锻造工艺。

[0006] 本发明的一种定向凝固钛铝合金叶片的锻造工艺的步骤为：