TA11钛合金转子叶片小余量锻造工艺研究

发布时间：2020-08-03 18:17

【摘要】：随着航空事业的蓬勃发展,航空发动机的性能也大力提升,对发动机内的叶片要求日趋严苛。为此越来越多的转子叶片采用钛合金制成。此外叶片锻造生产方式逐步由普通模锻向小余量锻造及精锻方向发展,这样更利于获得满足严酷条件下工作要求的高质量叶片,且叶片的叶身能最大限度的保留锻造流线,从而提高叶片的耐腐蚀性和抗疲劳性。目前国外叶片精锻技术发展已相当成熟,在锻造方面能够实现快速、稳定化生产。但国内对于钛合金精锻工艺路线还缺乏系统研究。本文以TA11钛合金一、二级转子叶片为研究对象,进行小余量锻造工艺路线研究,为精锻叶片工艺路线做准备。首先根据一、二级转子叶片的设计图绘制出小余量叶片的锻件图,并合理分配每加热火次的变形量,制定其工艺路线为挤杆→镦头→顶锻(一级转子叶片)→一次预锻→二次预锻→终锻→校正。通过UG软件创建模具的三维模型,利用DEFORM模拟软件进行锻造过程的模拟以优化模具设计。其次,通过压扁试验进行TA11钛合金锻造工艺参数的研究,选取锻造温度为880℃、910℃、970℃和1010℃,应变速率为0.01_S~(-1)、0.1_S~(-1)、1_S~(-1)、10_S~(-1)、50_S~(-1),变形量为30%、50%,根据变形组织确定合适的锻造温度。最后,确定适用于小余量锻造用辅助工艺,即润滑、光饰、化铣及表面清理等工序的具体工艺参数,研制出尺寸合格的小余量锻造叶片样件。将试制的TA11钛合金叶片锻件进行微观组织及力学性能检测,并与锻件标准要求相对比,进而进行工艺优化,制定出了满足设计要求的TA11钛合金叶片小余量锻造工艺路线。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG319
【图文】：

精锻,叶片

1.1 课题背景及研究的目的和意义由于航空工业的迅速发展，飞机对发动机的质量要求越来越严格。不仅要求发动机有更大的推重比、更高的输出功率，而且要具备更低的燃油消耗能力及更高的安全性能。这对叶片的性能提出更严格的要求，叶片不仅要具有良好的外观形状，还要具有良好的性能，即强度高、韧性好、高温蠕变性能好、抗应力腐蚀性能好，并且具有良好的内部组织和合理的流线分布[1,2,3]。为了达到这一目标，制造叶片的原材料、工艺方法、制造技术等都需要不断提高和完善。发动机中的叶片工作环境恶劣，经常需要在高温、高压、高速状态下工作，所以叶片的原材料大多选用性能良好的钛合金[4,5,6]。钛合金叶片形状复杂，叶身截面薄、扭角大，冷、热加工都很困难[7]。锻造生产的叶片占发动机叶片总量的 3/4 以上[8]。目前钛合金锻造技术由普通模锻向小余量锻造和无余量锻造方向发展，这有利于提高叶片的质量并且保留了光滑的锻造金属流线，提高叶片在腐蚀性环境工作的时间。为了提高叶片质量和降低制造成本，逐步用无余量锻造叶片代替普通模锻叶片，所以研究小余量锻造和无余量锻造工艺路线对提高航空发动机的性能有重大意义。

锻件图,二级,转子,二维

的分析及满足机加工序的需求，设计出小余量。根据锻件图设计可行的工艺路线，合理分配每足设计图要求。由于叶身余量较小，又需要给了保证锻件的表面质量，需要合理安排辅助工11 在不同温度、不同变形程度、不同变形速率下造的工艺参数。指导性技术文件 HB/Z199 钛合相变点为 1040℃，建议加热温度为 Tβ-（20～5及变量三方面进行试验，得到不同条件下的微造用的工艺参数[29～32]。给小余量锻造叶片的质求，一、二级转子叶片是发动机高压压气机的关检验的重要件，与锻造有关的重要特性为检查间商议，最终根据零件形状及加工条件绘制出三维图见图 2-2，具体各个部位的余量分布见表

转子叶片,锻件图,二级,缘板

a）一级转子叶片（b）二级转子叶片图 2-2 一、二级转子叶片三维锻件图表 2-1 锻件余量分布（mm）榫头底面缘板周边缘板内侧面阻尼台叶身进气边排边2 2.5 1 3 0.8+1.2+0.22 23 3 1 — 0.5+1.2+0.52 2

【参考文献】