[实用新型]一种钛合金汽轮机叶片超塑性成形系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种超塑性成形系统，特别是涉及一种钛合金汽轮机叶片超塑性成形系统，其包括锻压机和控制系统；锻压机中设有成形模和加热炉。

背景技术

钛合金比强度大，耐蚀性好，断裂韧性、疲劳强度、低温韧性、高温性能具佳。由于具有优良的性能，一直受到航空航天等尖端领域的青睐。与许多优良性能同时存在是热加工性能差，这是钛合金困扰国内外制造业的难题。超塑性成形就是国内外解决钛合金热加工性能差的有效手段。该热加工方法可参考公开号为CN1048994的中国发明专利申请文件公开了一种大型汽轮机钛合金长叶片的精锻工艺及装置。该专利申请的技术方案采用全封闭、单边间隙、深止动扣的模具结构，工艺上采用在相变点以下20℃加热的近β锻造,并在粗锻和精锻之间采用中间切步工步，在最终热处理后，在模内进行低于热处理退火温度20℃加热的低温保压校正。一般来说等温锻所用的加热方式有三种：一个是感应加热，这种方法温度控制精确加热速度快，但缺点是设备较贵、装备较复杂，不适合批量生产；二是电阻加热，装置简单易制造，但在1000℃上下工作寿命较短；三是硅碳棒加热，这种方式较为经济，在高温区（1300℃）工作寿命较长，但较脆。由于应力-应变速率与温度有很密切的关系，一般来说在应力一定时，随着温度的提高，应变速率提高；而在一定时，温度提高，应力下降。对于超塑成形来说，人们对低应力和高应变速率很重视的，所以采用的是以调整速度来调整压力，其结果是锻造压力大、锻造振动大、锻件余量大、材料利用率低，还会造成硅碳棒断裂。虽然从基本情况出发，发展超塑性成形工艺并采用硅碳棒作为加热元源件，是比较合理的选择。但为了减少锻造的振动必须以低速度压制零件。而普通压机又达不到这样低的速度，必须定制特殊的压机以满足低的变形速度，这样的结果设备造价高、但恒变形速度仍达不到恒应变速率。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种钛合金汽轮机叶片超塑性成形系统，其通过一恒压系统对锻压机进行恒定的压力控制，使锻造的速度根据材料组织的变化而进行自适应调整，解决锻造振动造成硅碳棒断裂的问题。 

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种钛合金汽轮机叶片超塑性成形系统，包括锻压机和控制系统；锻压机中设有成形模和加热炉；所述锻压机为液压模锻机；所述加热炉中的加热元件为硅碳棒；所述控制系统包括一恒压控制系统和一温度控制系统。具体地，所述成形模包括上模和下模，所述上模和下模分别通过若干垫板连接在各自的一底座上并各自通过一隔热板和水冷板分别固定在锻压机的上横梁和下横梁上。所述恒压控制系统包括控制150吨的恒定成形压力。所述温度控制系统包括控制加热炉加热到930℃的时间为10小时。通过对液压锻压机进行恒压控制，使锻压机的成形模以一恒定的成形压力对坯料进行压制。通过加热炉对成形模和坯料进行加热，当成形模和坯料满足超塑性条件时，施以该条件时的压力并保压；该压力压得动时，锻件以适宜的变形速率变形，压不动时，坯料停止变形；同时，在超塑性条件下，坯料内部组织动态再结晶达到一个新的平衡后以开始以适宜的速率变形，最后达到设计要求。 

由于采用压力优先，通过锻件自身组织来调整速率。当成形模和坯料满足超塑性条件时，施以该条件时的压力并保压；该压力压得动时，锻件以适宜的变形速率变形，压不动时，坯料停止变形；同时，在超塑性条件下，坯料内部组织动态再结晶达到一个新的平衡后以开始以适宜的速率变形，最后达到设计要求。采用该方法无需定制特殊的设备，并能达到适合锻件变形的最佳速率。由于速度是自调节的，比起其他的等温成形，振动要小很多，使得硅碳棒易碎的缺点得以大大改善。

附图说明

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

图1为本实用新型的系统方框图。

图2为本实用新型中锻压机的成形模和加热炉的结构示意图。

图3为温度对坯料材料应力-应变速率的影响关系图。

其中，锻压机A、控制系统B、恒压控制系统C、温度控制系统D、上横梁1、下横梁2、成形模3、上模301、下模302、底座303、隔热板304、水冷板305、垫板306、加热炉4、炉体401、硅碳棒402。

具体实施方式