文/邰清安,周浩浩,關紅,王丹·沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責任公司技術中心
Ti3Al合金葉片鍛造工藝研究(下)
文/邰清安,周浩浩,關紅,王丹·沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責任公司技術中心
《Ti3Al合金葉片鍛造工藝研究(上)》見2016年第3期
⑴試驗方案。
典型件進行擠壓、模鍛和熱處理試驗。擠壓溫度(2組)、終鍛溫度(2組)及熱處理固溶溫度(2組)的試驗方案見表2,時效工藝為:850℃時效→保溫16h→空冷。
表2 試驗方案
⑵高倍組織檢測。
每個葉片取葉身和榫頭各1塊進行高倍組織觀察,葉身檢查中間、邊緣2點,榫頭檢查1點。從圖5顯微組織可看出,以1020℃/1040℃擠壓和1020℃/1040℃/1060℃/1080℃終鍛工藝鍛造的葉片,經1040℃/1060℃固溶和850℃時效處理后,均可獲得α2+Β2+O三相雙態(tài)組織(即由α2相顆粒、O相板條和Β2相基體構成的組織)。隨著擠壓溫度的提高,葉片組織中的α2相顆粒數量減少,且分布趨于不均勻。終鍛溫度的提高,同樣造成葉片組織中的α2相顆粒數量減少和分布趨于不均勻;在α2相顆粒分布少的區(qū)域,可看到基體Β2相晶粒長大,基體內析出的O相條狀較細且少,影響持久和蠕變性能(圖6)。由于鍛件的鍛造過程是擠壓后終鍛,擠壓時桿部的擠壓比較大,擠壓速度快,使桿部出現擠壓熱,溫度升高,造成α2相溶解。榫頭部位由于變形量小,組織較均勻,特別是加熱溫度低的鍛件,α2相晶內、晶界含量均勻。
圖5 顯微組織
圖6 高倍組織圖
低溫擠壓試驗
⑴試驗方案。
根據上述分析,為獲得均勻的組織,又進行了低溫擠壓試驗。分別在960℃、980℃、1000℃和1020℃用四級轉子葉片擠壓模具進行試驗。
⑵高倍組織檢測。
擠壓件直接進行高倍組織檢測,組織為α2+Β2兩相等軸組織,這是由于擠壓的棒材直徑較小,冷卻速度快,O相板材在擠壓后空冷時未及時析出(圖7)。從組織形態(tài)綜合來看,擠壓溫度為980℃的高倍組織的α2相顆粒分布均勻,組織均勻性比其他四組好。
圖7 低溫擠壓高倍圖
等溫鍛工藝試驗
為提高模具的抗高溫、抗氧化的能力,等溫鍛模具材料采用K465合金代替以往的K403合金,鑄造成形后進行精加工。取擠壓溫度為1040℃的擠壓件3件進行等溫鍛造試驗。電爐加熱溫度1000℃,加熱器溫度選950℃,墊板厚30mm。等溫成形后對葉片尺寸進行檢測,葉身厚度尺寸在名義值。熱處理工藝為1040℃固溶→保溫2h→油冷→850℃時效→保溫16h→空冷,然后送理化進行組織檢測。等溫鍛的組織如圖8所示,為三相雙態(tài)組織,晶內α2相顆粒分布均勻,O相板條多,等溫成形葉片組織和同樣溫度普通成形組織基本相當。由于等溫鍛的模具制造周期長、費用高,而且鍛件生產周期也比普通成形時間長,所以在能保證組織符合要求的情況下,可采用普通鍛造成形。
圖8 等溫鍛高倍組織
工藝流程
根據前期的工藝試驗確定的主要工藝路線為:下料→加熱→擠預鍛坯→清理→加熱→終鍛→切邊→熱處理→終檢。
鍛件生產過程及結果
試生產葉片200余件,葉身Cmax控制在精鍛葉片尺寸上差0.8~1.0mm,透光不大于0.3,表面質量合格,無裂紋、折疊等缺陷,鍛件成形實物圖,如圖9所示。鍛件的顯微組織如圖10所示,高倍組織為三相雙態(tài)組織,α2相呈等軸組織,O相為魏氏板條且析出均勻。
圖9 鍛件成形實物圖
圖10 葉片鍛件高倍組織
性能件經熱處理后取板狀試樣,進行室溫拉伸、高溫拉伸、高溫持久性能的檢測,由表3、4可看到,室溫和高溫性能均達到較高水平。
表3 室溫性能
表4 高溫性能
⑴Ti3Al合金變形量不宜超過70%,加熱溫度在1020℃以上。
⑵試生產驗證表明采用圓柱坯料擠預鍛坯→模鍛→切邊→熱處理的Ti3Al葉片精鍛工藝流程是可行的,能夠獲得表面質量良好的葉片鍛件。
⑶力學性能檢測結果表明葉片試驗件具有良好的室溫拉伸、高溫拉伸和高溫持久性能。