钛合金涡轮盘的超塑锻造技术

1.零件

涡轮盘材料为TC4。直径ϕ101.6mm，带有72个轴向小叶片，通道间隙1.8mm，叶片高度有3.2mm与6mm两种。原工艺采用仿形铣床，用ϕ1.8mm的专用铣刀沿通道逐个叶片铣削加工，每件工时30～60h。零件净重125g，下料重486～522g，材料利用率约25%。废品率较高，刀具消耗量大。由于上述情况，采用超塑锻造工艺成形。

该件的机械加工难点在叶形部分（占全部机械加工工时的90%以上），所以叶形部分不留加工余量，锻后喷砂。其余部分，如叶片顶面、盘体、轴套凸台等部分，留有适当的余量。

2.工艺条件

TC4合金的超塑锻造规范为：

等轴细晶的α+β双相组织，晶粒尺寸小于5μm；

在α+β相区（900～950℃）锻造；

锻造速度较低（0.1～1mm/min）。

在上述条件下，TC4的单向拉伸伸长率δ为500%～1750%，流动应力σ为10～40MPa。

3.模具

（1）模具材料 模具材料选用K3镍基铸造高温合金，其R_m、σ_0.2和持久强度σ₁₀₀均为相同条件下TC4超塑流动应力的3倍以上，满足强度要求。

（2）模具制造 模坯精铸而成，加工余量1mm左右，叶形部分用电火花及线切割加工。

（3）模具结构与尺寸 图5-4-5所示为模具结构图，采用闭式模锻，模口直接导向，间隙0.25～0.35mm。

模具成形部分的尺寸应考虑收缩值：

Δ=（t₂-t₁）（a₁-a₂）L

将该条件下TC4与K3的线膨胀系数代入上式后，可得

Δ=-（0.3-0.4）%

收缩值为负，说明模具冷尺寸应小于锻件冷尺寸。(www.xing528.com)

图5-4-5 模具结构图

1—隔热垫 2—感应圈 3—凸模 4—凹模 5—隔热板 6—水冷板 7—模座 8—工件 9—顶杆 10—水冷板

（4）加热 采用感应加热，可控硅变频器为100kW/1.0kHz，使用功率8～50kW升温，10～12kW保温，频率360～480Hz。上下模各用一个多匝感应器加热，且模具开启时也可加热，降温少。

4.设备

成形设备为Y32-200型四柱液压机，该机台面大，封闭高度大，下液压缸顶出，工艺性能灵活。

5.润滑

采用BR-14润滑剂，毛坯预热300℃后匀涂。锻后喷砂去除涂层。在模腔内残留物少，可连续成形20件不必清理模具。

6.模锻过程

模锻工艺流程如下：

坯料：TC4经大变形锻造后，制成ϕ101.6mm×7mm的坯料；

喷涂润滑剂：坯料预热至300℃后，在专用旋转工装上喷涂；

锻前加热：900℃，5min，氩气保护，装模后均热5～15min调整模温；

锻造：速度0.1～1mm/min，压力500～1200kN，保压3～6min；

顶出：顶出力50～200kN，顶出前对易变形部位冷却；

后处理：在石棉堆中缓冷。喷砂去除涂层。进行稳定化处理。机械加工盘体及叶片顶面。