一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)精密模鍛件的生產(chǎn)方法與流程

本發(fā)明涉及一種精密模鍛件的生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)航空航天事業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)超高強(qiáng)鋁合金結(jié)構(gòu)件提出的性能要求越來(lái)越高。結(jié)構(gòu)件在向著高性能、精密化和復(fù)雜化的方向發(fā)展。發(fā)動(dòng)機(jī)中機(jī)匣鍛件是受力結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)件性能的穩(wěn)定對(duì)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)乃至整個(gè)航空器都有很重要的作用，發(fā)動(dòng)機(jī)模鍛件主要用超高強(qiáng)鋁合金制造，該類合金具有結(jié)構(gòu)緊密、較高的比強(qiáng)度和硬度、耐蝕效果強(qiáng)和較高的韌性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。該類模鍛件性能的穩(wěn)定，可以使我國(guó)逐漸掌握同類技術(shù)，降低飛行過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件的開(kāi)裂的概率，該技術(shù)在航空工業(yè)有著廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值，對(duì)加強(qiáng)國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)具有重要的社會(huì)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有生產(chǎn)工藝得到的模鍛件易產(chǎn)生穿流缺陷的問(wèn)題，而提供一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)精密模鍛件的生產(chǎn)方法。

本發(fā)明航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)精密模鍛件的生產(chǎn)方法按下列步驟實(shí)現(xiàn)：

一、將元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為Si為≤0.40％，F(xiàn)e為≤0.5％，Cu為1.2％～2.0％，Mn為≤0.30％，Mg為2.1％～2.9％，Cr為0.18％～0.28％，Zn為5.1％～6.1％，Ti為≤0.20％和余量為Al的鋁合金圓鑄錠表面清洗干凈，得到清洗后的鋁合金鑄錠；

二、對(duì)清洗后的鋁合金鑄錠進(jìn)行加熱擠壓，得到鋁合金棒材毛坯；

三、在自由鍛造水壓機(jī)上，控制開(kāi)鍛溫度為390℃，對(duì)鋁合金棒材毛坯進(jìn)行加熱鍛造，得到鋁合金鍛餅；

四、控制開(kāi)鍛溫度為430℃～460℃，終鍛溫度400℃～435℃，鍛餅置于模具中進(jìn)行加熱予壓成型處理，得到予壓鍛件；

五、對(duì)步驟四得到的予壓鍛件進(jìn)行蝕洗處理，得到清洗后的予壓鍛件；

六、控制開(kāi)鍛溫度為420℃～460℃，終鍛溫度400℃～430℃，清洗后的予壓鍛件置于模具中進(jìn)行第一次模鍛成型，得到模鍛件；

七、對(duì)步驟六得到的模鍛件進(jìn)行機(jī)械加工，去掉模鍛件上的環(huán)形筋，得到機(jī)加后的模鍛件；

八、對(duì)機(jī)加后的模鍛件進(jìn)行蝕洗修傷，得到蝕洗后的模鍛件；

九、安裝上模和下模，控制開(kāi)鍛溫度為400℃～455℃和終鍛溫度為400℃～455℃，在水壓機(jī)上進(jìn)行四次模壓成型，得到成型后模鍛件；

十、對(duì)步驟九得到的成型后模鍛件進(jìn)行蝕洗處理，得到清潔的模鍛件；

十一、將清潔的模鍛件進(jìn)行淬火處理，然后進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效處理，一級(jí)時(shí)效的溫度為105℃～120℃，保溫6～10小時(shí)，二級(jí)時(shí)效的溫度為170℃～185℃，保溫6～10小時(shí)，完成精密模鍛件的生產(chǎn)。

本發(fā)明當(dāng)把第一次模鍛成型的模鍛件環(huán)形筋機(jī)加掉后，第二次模鍛成型時(shí)金屬一部分充滿型腔，一部分流向腹板，由于金屬重新充滿型腔，在型腔部分沒(méi)有受到阻力，而在腹板處受到阻力，金屬很容易充滿型腔，無(wú)法再走捷徑流向腹板，金屬的流線完全沿著型腔方向，達(dá)到良好的效果。當(dāng)經(jīng)過(guò)本發(fā)明工藝生產(chǎn)的模鍛件進(jìn)行低倍組織對(duì)比分析，得到模鍛件低倍組織沒(méi)有出現(xiàn)穿流缺陷，從而達(dá)到提高模鍛件承載能力、模鍛件使用壽命的目的。

本發(fā)明所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)精密模鍛件為發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣復(fù)雜結(jié)構(gòu)模鍛件，并可在類似于這種環(huán)形筋模鍛件的實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用，解決該種模鍛件中低倍穿流的難題。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例中帶有環(huán)形筋的模鍛件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例中去掉環(huán)形筋的模鍛件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為帶有穿流缺陷的模鍛件金屬低倍組織檢查圖，箭頭處代表穿流缺陷；

圖4為實(shí)施例得到的模鍛件金屬低倍組織檢查圖，箭頭處無(wú)穿流缺陷。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)精密模鍛件的生產(chǎn)方法按下列步驟實(shí)施：

一、將元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為Si為≤0.40％，F(xiàn)e為≤0.5％，Cu為1.2％～2.0％，Mn為≤0.30％，Mg為2.1％～2.9％，Cr為0.18％～0.28％，Zn為5.1％～6.1％，Ti為≤0.20％和余量為Al的鋁合金圓鑄錠表面清洗干凈，得到清洗后的鋁合金鑄錠；

二、對(duì)清洗后的鋁合金鑄錠進(jìn)行加熱擠壓，得到鋁合金棒材毛坯；

三、在自由鍛造水壓機(jī)上，控制開(kāi)鍛溫度為390℃，對(duì)鋁合金棒材毛坯進(jìn)行加熱鍛造，得到鋁合金鍛餅；

四、控制開(kāi)鍛溫度為430℃～460℃，終鍛溫度400℃～435℃，鍛餅置于模具中進(jìn)行加熱予壓成型處理，得到予壓鍛件；

五、對(duì)步驟四得到的予壓鍛件進(jìn)行蝕洗處理，得到清洗后的予壓鍛件；

六、控制開(kāi)鍛溫度為420℃～460℃，終鍛溫度400℃～430℃，清洗后的予壓鍛件置于模具中進(jìn)行第一次模鍛成型，得到模鍛件；

七、對(duì)步驟六得到的模鍛件進(jìn)行機(jī)械加工，去掉模鍛件上的環(huán)形筋，得到機(jī)加后的模鍛件；

八、對(duì)機(jī)加后的模鍛件進(jìn)行蝕洗修傷，得到蝕洗后的模鍛件；

九、安裝上模和下模，控制開(kāi)鍛溫度為400℃～455℃和終鍛溫度為400℃～455℃，在水壓機(jī)上進(jìn)行四次模壓成型，得到成型后模鍛件；

十、對(duì)步驟九得到的成型后模鍛件進(jìn)行蝕洗處理，得到清潔的模鍛件；

十一、將清潔的模鍛件進(jìn)行淬火處理，然后進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效處理，一級(jí)時(shí)效的溫度為105℃～120℃，保溫6～10小時(shí)，二級(jí)時(shí)效的溫度為170℃～185℃，保溫6～10小時(shí)，完成精密模鍛件的生產(chǎn)。

本實(shí)施方式步驟二控制鋁合金鑄錠的加熱溫度為400～450℃，步驟三控制毛坯的加熱溫度為430～450℃。

本實(shí)施方式所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)為發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣的上端蓋，該生產(chǎn)方法可適用于圓蓋類模鍛件。圖1和圖2顯示了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的上端蓋模鍛件，該鍛件精度高，是直接裝機(jī)件。鍛件內(nèi)外遍布圓形凸起，鍛件的中間環(huán)形筋和腹板比較薄只有9mm，鍛件邊部與中間環(huán)形筋位置成階梯狀。本發(fā)明適用于外形尺寸直徑在Φ200mm～Φ600mm的圓形鍛件或類圓形帶有加強(qiáng)筋且容易穿流的模鍛件。本實(shí)施方式所述模鍛件的總欠壓量要求為0～+2mm，欠壓量為每次模鍛成型后鍛件在高度方向的數(shù)據(jù)差。

本實(shí)施方式模鍛件在予壓成型、蝕洗修傷后，經(jīng)過(guò)第一次模鍛成型，然后在機(jī)加車床上，將模鍛件上的環(huán)形筋進(jìn)行全部機(jī)加掉，進(jìn)行蝕洗修傷，然后在水壓機(jī)上進(jìn)行四次最終模鍛成型。

本實(shí)施方式不僅解決了模鍛件低倍組織穿流的問(wèn)題，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，而且提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的整體使用性能，增加了模鍛件使用壽命。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟一得到鋁合金鑄錠的鑄尺寸為Φ350mm～Φ680mm。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是步驟二中鋁合金鑄錠的加熱溫度為400℃～450℃，擠壓筒溫320℃～420℃。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是步驟二中鋁合金棒材毛坯的直徑為Φ170mm～Φ250mm。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至三之一相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同的是步驟三控制自由鍛造時(shí)平砧溫度為350℃～400℃。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至四之一相同。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至五之一不同的是步驟三鋁合金鍛餅的高度為30mm～180mm。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至五之一相同。

具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至六之一不同的是步驟四和步驟六中模具的溫度為360℃～380℃。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至六之一相同。

具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至七之一不同的是所述的蝕洗處理是先在溫度為50℃～70℃的質(zhì)量濃度為10％～20％NaOH的堿槽液中蝕洗脫脂5～20分鐘，然后洗凈堿液，再在質(zhì)量濃度為20％～40％HNO₃的酸槽中中和洗白3～8分鐘，洗凈酸液，最后在水溫為50～80℃的熱水槽中沖洗鍛件。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至七之一相同。

具體實(shí)施方式九：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至八之一不同的是步驟九上模和下模內(nèi)采用沙錠油作為潤(rùn)滑劑。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至八之一相同。

本實(shí)施方式終壓時(shí)須進(jìn)行兩次潤(rùn)滑上壓，然后抬車放氣后再上壓，以確保成型。潤(rùn)滑油可采用沙錠油加少量石墨潤(rùn)滑。鍛件毛邊在鋸床上切除，切后毛邊的殘留量小于或等于2mm。

具體實(shí)施方式十：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至九之一不同的是步驟九在水壓機(jī)上進(jìn)行四次模壓成型，控制第一次的欠壓量為7mm～8mm,第二次的欠壓量為5mm～6mm，第三次的欠壓量為3mm～4mm，第四次的欠壓量為0mm～+2mm。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至九之一相同。

具體實(shí)施方式十一：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至十之一不同的是步驟十一淬火處理的淬火溫度為460℃～510℃，淬火的保溫時(shí)間為70～100分鐘，淬火所用水的溫度是30℃～50℃。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至十之一相同。

實(shí)施例：本實(shí)施例航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)精密模鍛件的生產(chǎn)方法按下列步驟實(shí)施：

一、將元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為Si為0.29％，F(xiàn)e為0.39％，Cu為1.62％，Mn為0.21％，Mg為2.58％，Cr為0.19％，Zn為5.73％，Ti為0.15％和余量為Al的鋁合金圓鑄錠表面清洗干凈，得到尺寸為Φ482×1000mm清洗后的鋁合金鑄錠；

二、對(duì)清洗后的鋁合金鑄錠進(jìn)行加熱擠壓，控制鑄錠的加熱溫度為490℃，擠壓筒溫420℃，采用5000噸臥式水壓機(jī)擠壓得到直徑Φ170mm，長(zhǎng)度270mm的鋁合金棒材毛坯；

三、在自由鍛造水壓機(jī)上，控制鋁合金棒材毛坯加熱溫度為450℃，開(kāi)鍛溫度為390℃，采用立式自由鍛造水壓機(jī)對(duì)鋁合金棒材毛坯進(jìn)行加熱鍛造，得到高度H＝40mm的鋁合金鍛餅；

四、控制鍛餅加熱溫度為480℃，開(kāi)鍛溫度為454℃，終鍛溫度432℃，模具溫度為401℃，鍛餅置于模具中進(jìn)行加熱予壓成型處理，得到予壓鍛件；

五、對(duì)步驟四得到的予壓鍛件進(jìn)行蝕洗處理，得到清洗后的予壓鍛件；

六、控制予壓鍛件加熱溫度為480℃，開(kāi)鍛溫度為453℃，終鍛溫度426℃，模具溫度為405℃，清洗后的予壓鍛件置于模具中進(jìn)行第一次模鍛成型，得到模鍛件；

七、對(duì)步驟六得到的模鍛件進(jìn)行機(jī)械加工，去掉模鍛件上的環(huán)形筋，得到機(jī)加后的模鍛件，如圖2所示；

八、對(duì)機(jī)加后的模鍛件進(jìn)行蝕洗修傷，得到蝕洗后的模鍛件；

九、安裝上模和下模，控制開(kāi)鍛溫度為454℃和終鍛溫度為452℃，在水壓機(jī)上進(jìn)行四次模壓成型，控制第一次模壓的欠壓量為8mm,第二次的欠壓量為5mm，第三次的欠壓量為3mm，第四次的欠壓量為+2mm，最后得到成型后模鍛件；

十、對(duì)步驟九得到的成型后模鍛件進(jìn)行蝕洗處理，得到清潔的模鍛件；

十一、將清潔的模鍛件進(jìn)行淬火處理，淬火溫度為505℃，淬火的保溫時(shí)間為90分鐘，然后進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效處理，一級(jí)時(shí)效的溫度為113℃，保溫8小時(shí)，二級(jí)時(shí)效的溫度為179℃，保溫8小時(shí)，完成精密模鍛件的生產(chǎn)。

對(duì)本實(shí)施例得到的航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)精密模鍛件進(jìn)行金屬低倍組織檢查和對(duì)比分析，如圖3和4所示，可知本實(shí)施例的模鍛件不存在低倍組織穿流缺陷，從而提高了模鍛件承載能力、開(kāi)裂性和韌性等，并增加模鍛件使用壽命。得到的精密模鍛件的抗應(yīng)力腐蝕性能為加載276MPa恒變應(yīng)力20天(溫度為35℃)無(wú)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，其中腐蝕介質(zhì)為3.5％NaCl溶液。