專利名稱：大型汽輪機(jī)鈦合金長葉片精鍛工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱加工領(lǐng)域，涉及到大型汽輪機(jī)長葉片精鍛工藝及裝置的改進(jìn)。
國內(nèi)精鍛大型汽輪機(jī)鈦合金長葉片還沒有先列;國外精鍛大型汽輪機(jī)鈦合金長葉片的工藝方法及所用的設(shè)備和裝置是在工藝方面①將鈦合金坯料加熱到相變點(diǎn)以下40℃左右進(jìn)行模鍛，即所謂常規(guī)鍛造。用常規(guī)鍛造方法生產(chǎn)鈦葉片，不僅鍛造溫度低、可鍛溫度范圍窄、變形抗力大而使葉身邊緣與葉片根部(葉身和榫頭交界處)由于溫降而容易鍛裂;而且常規(guī)鍛造的鈦葉片其抗腐蝕性較差。所以，有些國家如日本三菱重工和神產(chǎn)鋼鐵公司曾采用β鍛造，即將Ti-6Al-4V鈦合金坯料加熱到相變點(diǎn)以上20-30℃甚至更高的溫度下進(jìn)行模鍛。β鍛造能提高材料的成型性能和改善低溫鍛造對(duì)裂紋的敏感性，也有利于改善鈦葉片的抗腐蝕性和斷裂韌性，但β鍛造顯著降低塑性和疲勞性能。因此，對(duì)于長壽命使用并有振動(dòng)要求的長葉片來講，β鍛造并非是合理的，可取的鍛造方法。②、對(duì)于榫頭和葉身橫截面上的厚度相差最大約15倍的長葉片，為了防止鍛造和冷卻引起葉身邊緣和葉片根部(葉身和榫頭交界處)開裂和榫頭與葉身變形量過于懸殊而影響組織性能。同時(shí)為了簡化工藝，國外汽輪機(jī)大葉片生產(chǎn)一般采用鍛造和焊接相結(jié)合的方法，即將榫頭在氬氣保護(hù)的鎢惰性氣體中與精鍛葉片(葉身)焊成整體，這實(shí)質(zhì)上是精鍛與焊接工藝的組合，顯然增加了工藝的復(fù)雜性和精鍛的局限性。
在設(shè)備和模具裝置方面國外主要在壓力機(jī)上鍛造，利用模具上設(shè)置的導(dǎo)柱和導(dǎo)套減少錯(cuò)移以保證精鍛生產(chǎn)葉片的尺寸精度。美國也有在高速錘上采用閉式模鍛生產(chǎn)大型汽輪機(jī)用Ti-6Al-4V鈦葉片的。由于未找到合理的工藝方法，因此，無論在壓力機(jī)或錘上鍛造，因彈性回跳、冷卻和熱處理引起的葉片扭曲和型面變形問題沒有很好解決。
本發(fā)明的目的是給出一種精鍛大型汽輪機(jī)鈦合金長葉片的新的工藝方法和用于模鍛錘上的模具結(jié)構(gòu)。由于技術(shù)上的創(chuàng)新，葉身和榫頭一體鍛成，并且解決了葉片錯(cuò)移、低溫?cái)嗔选椥曰靥?、冷卻和熱處理引起的葉片扭曲和型面變形問題，從而提高了葉片的形狀精度和尺寸精度，只需少量打磨、拋光便可裝機(jī)使用。由于制坯和粗鍛工步的合理設(shè)計(jì)，葉片各部位的性能完全滿足技術(shù)條件。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，在模鍛錘上，采用全封閉、單邊間隙、深止動(dòng)扣的開式模鍛結(jié)構(gòu);工藝上采用在相變點(diǎn)以下20℃加熱的近β鍛造，并在粗鍛和精鍛之間采用中間切邊工步，最后在熱處理后在模內(nèi)進(jìn)行低于熱處理退火溫度20℃加熱的低溫保壓校正。
附圖
一為一種實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的模具裝置。其中①為上模，②為止動(dòng)扣，③、⑤為單邊間隙，④為下模，⑥為毛邊倉部，⑦為毛邊橋部，⑧為葉片型腔，⑨為灌鉛槽，⑩為鉗口。
附圖一所示的模具裝置，在上下模塊①、④上制作了全封閉、單邊間隙和深止動(dòng)扣的模具結(jié)構(gòu)，其止動(dòng)扣的高度大于坯料(榫頭部位)的最大厚度，以能保證上模接觸坯料產(chǎn)生塑性變形之前已進(jìn)入下模止動(dòng)扣內(nèi)為準(zhǔn)，止動(dòng)結(jié)構(gòu)根據(jù)葉片型面扭角引起的水平分力的方向分段設(shè)計(jì)成縱向單邊間隙(如附圖一A-A、B-B剖面所示)。采用這樣的模具裝置及本發(fā)明的工藝方法即可實(shí)現(xiàn)在模鍛錘上對(duì)大型汽輪機(jī)鈦合金長葉片的精鍛。本說明書末的附表1至附表7給出了在63噸·米對(duì)擊錘上對(duì)710(毫米)大型汽輪機(jī)末級(jí)Ti-6Al-4V鈦合金長葉片進(jìn)行整體精密鍛造的技術(shù)數(shù)據(jù)，可以看出葉片各部位的性能完全滿足技術(shù)條件，達(dá)到了本發(fā)明的目的。
本發(fā)明裝置及工藝的技術(shù)特點(diǎn)在于在裝置方面為防止模具打擊過程中由于葉片型面扭角引起的水平分力使模具發(fā)生縱向和橫向錯(cuò)動(dòng)而葉片錯(cuò)移，本裝置設(shè)計(jì)成全封閉止動(dòng)扣，而且縱向止動(dòng)扣根據(jù)型面扭角產(chǎn)生水平錯(cuò)移力的方向而設(shè)計(jì)成單邊間隙(如附圖一A-A、B-B剖面所示)，這樣可保證錯(cuò)移量最小，從而提高了葉片的尺寸精度。本裝置的另外一個(gè)特點(diǎn)是，止動(dòng)扣的高度大于坯料(榫頭部位)的最大厚度，并使上模在接觸坯料發(fā)生塑性變形之前已進(jìn)入下模止扣內(nèi)(見附圖一)。因此，止動(dòng)扣不僅起了止動(dòng)錯(cuò)移的作用，同時(shí)具有導(dǎo)向作用，進(jìn)而提高了葉片的精度。
在工藝方面(1)、將坯料加熱到該材料的相變點(diǎn)下20℃鍛造，即所謂近β鍛造。這樣做的好處有以下四點(diǎn)①、提高加熱鍛造溫度可以減少組織中初生α相的含量，從而解決了榫頭部位變形量小而強(qiáng)度低的問題;②、減小變形抗力，經(jīng)實(shí)測(cè)證明近β鍛造約為常規(guī)鍛造變形抗力的1/3-1/2，從而有效地提高了設(shè)備的利用能力;③、改善材料的填充性和葉片成型性能;④、提高加熱鍛造溫度可以解決鍛造過程中因溫降引起葉片進(jìn)排氣邊緣和根部低溫鍛裂問題和減小彈性回跳問題。(2)、采用中間切邊工步，即在粗鍛和精鍛之間，利用鍛后余熱切除粗鍛產(chǎn)生的毛邊。這樣做的好處有①、減小終鍛變形抗力;②、保證葉片垂直方向上的尺寸精度，這是實(shí)現(xiàn)精密模鍛的關(guān)鍵。(3)、葉片在800℃退火處理后，將葉片重新加熱到退火溫度以下20℃保溫30分鐘，然后放在精鍛模內(nèi)保壓2-3分鐘，即所謂低溫保壓模內(nèi)校正。這樣的校正方法，一是可以校正鍛造、冷卻和熱處理造成的葉片扭曲和型面變形，二是可以減輕和消除葉片校正后因彈性回跳引起的再變形。保壓校正是保證葉片形狀精度的關(guān)鍵。
本發(fā)明實(shí)施方便，工藝穩(wěn)定、可靠，用本發(fā)明生產(chǎn)的Ti-6Al-4V鈦合金大型汽輪機(jī)末級(jí)710(毫米)長葉片擬在20萬千瓦汽輪機(jī)組上掛片運(yùn)行。
本發(fā)明的方法適用于(α+β)兩相鈦合金，還可推廣應(yīng)用于α型、近α型和近β型鈦合金。
附表三
權(quán)利要求
1.一種在模鍛錘上，采用開式模鍛精鍛大型汽輪機(jī)鈦合金長葉片的工藝方法，其特征是采用全封閉、單邊間隙、深止動(dòng)扣的模具結(jié)構(gòu)，工藝上采用在相變點(diǎn)以下20℃加熱的近β鍛造，并在粗鍛和精鍛之間采用中間切邊工步，在最后熱處理后，在模內(nèi)進(jìn)行低于熱處理退火溫度20℃加熱的低溫保壓校正。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的由上下模塊組成的裝置，其特征是在上下模塊上制作全封閉、單邊間隙和深止動(dòng)扣的模具結(jié)構(gòu)，其止動(dòng)扣高度務(wù)需保證上模接觸坯料產(chǎn)生塑性變形之前已進(jìn)入下模止扣內(nèi)，止動(dòng)結(jié)構(gòu)根據(jù)葉片型面扭角引起的水平分力的方向分段設(shè)計(jì)成縱向單邊間隙。
全文摘要
一種大型汽輪機(jī)鈦合金長葉片的精鍛工藝及裝置，是采用全封閉、單邊間隙、深止動(dòng)扣的模具結(jié)構(gòu)，工藝上采用在相變點(diǎn)以下20℃加熱的近β鍛造，并在粗鍛和精鍛之間采用中間切步工步，在最終熱處理后，在模內(nèi)進(jìn)行低于熱處理退火溫度20℃加熱的低溫保壓校正。采用本工藝及裝置，可在模鍛錘上實(shí)現(xiàn)對(duì)大型汽輪機(jī)鈦合金長葉片的整體精鍛，產(chǎn)品只需少量打磨、拋光便可裝機(jī)使用。
文檔編號(hào)B21K3/04GK1048994SQ89107858
公開日1991年2月6日 申請(qǐng)日期1989年10月18日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月18日
發(fā)明者徐好義, 周義剛, 張恒畢, 黃連聰, 張伯錄, 杜水仙, 劉潤農(nóng), 俞漢清, 姜文玉, 仵樹文, 熊松生, 張德安, 郭培仁 申請(qǐng)人:航空工業(yè)部紅原鍛鑄廠, 西北工業(yè)大學(xué)