本發(fā)明涉及一種精密模鍛件的生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

隨著我國航空航天事業(yè)的迅猛發(fā)展，對超高強鋁合金結(jié)構(gòu)件提出的性能要求越來越高。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)動機中機匣鍛件是受力結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)件性能的穩(wěn)定對整個發(fā)動機乃至整個航空器都有很重要的作用，發(fā)動機模鍛件主要用超高強鋁合金制造，該類合金具有結(jié)構(gòu)緊密、較高的比強度和硬度、耐蝕效果強和較高的韌性等特點，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。該類模鍛件性能的穩(wěn)定，可以使我國逐漸掌握同類技術(shù)，降低飛行過程中發(fā)動機結(jié)構(gòu)件的開裂的概率，該技術(shù)在航空工業(yè)有著廣泛的推廣應(yīng)用價值，對加強國防現(xiàn)代化建設(shè)具有重要的社會意義。

技術(shù)實現(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)生穿流缺陷的問題，而提供一種航空發(fā)動機復(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)動機復(fù)雜結(jié)構(gòu)精密模鍛件的生產(chǎn)方法按下列步驟實現(xiàn)：

一、將元素的質(zhì)量百分數(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、對清洗后的鋁合金鑄錠進行加熱擠壓，得到鋁合金棒材毛坯；

三、在自由鍛造水壓機上，控制開鍛溫度為390℃，對鋁合金棒材毛坯進行加熱鍛造，得到鋁合金鍛餅；

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

五、對步驟四得到的予壓鍛件進行蝕洗處理，得到清洗后的予壓鍛件；

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

七、對步驟六得到的模鍛件進行機械加工，去掉模鍛件上的環(huán)形筋，得到機加后的模鍛件；

八、對機加后的模鍛件進行蝕洗修傷，得到蝕洗后的模鍛件；

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

十、對步驟九得到的成型后模鍛件進行蝕洗處理，得到清潔的模鍛件；

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

本發(fā)明當把第一次模鍛成型的模鍛件環(huán)形筋機加掉后，第二次模鍛成型時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，在型腔部分沒有受到阻力，而在腹板處受到阻力，金屬很容易充滿型腔，無法再走捷徑流向腹板，金屬的流線完全沿著型腔方向，達到良好的效果。當經(jīng)過本發(fā)明工藝生產(chǎn)的模鍛件進行低倍組織對比分析，得到模鍛件低倍組織沒有出現(xiàn)穿流缺陷，從而達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)動機復(fù)雜結(jié)構(gòu)精密模鍛件為發(fā)動機機匣復(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。

附圖說明

圖1為實施例中帶有環(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為實施例得到的模鍛件金屬低倍組織檢查圖，箭頭處無穿流缺陷。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式航空發(fā)動機復(fù)雜結(jié)構(gòu)精密模鍛件的生產(chǎn)方法按下列步驟實施：

一、將元素的質(zhì)量百分數(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、對清洗后的鋁合金鑄錠進行加熱擠壓，得到鋁合金棒材毛坯；

三、在自由鍛造水壓機上，控制開鍛溫度為390℃，對鋁合金棒材毛坯進行加熱鍛造，得到鋁合金鍛餅；

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

五、對步驟四得到的予壓鍛件進行蝕洗處理，得到清洗后的予壓鍛件；

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

七、對步驟六得到的模鍛件進行機械加工，去掉模鍛件上的環(huán)形筋，得到機加后的模鍛件；

八、對機加后的模鍛件進行蝕洗修傷，得到蝕洗后的模鍛件；

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

十、對步驟九得到的成型后模鍛件進行蝕洗處理，得到清潔的模鍛件；

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

本實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℃。

本實施方式所述的航空發(fā)動機復(fù)雜結(jié)構(gòu)為發(fā)動機機匣的上端蓋，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)動機的上端蓋模鍛件，該鍛件精度高，是直接裝機件。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筋且容易穿流的模鍛件。本實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。

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

本實施方式不僅解決了模鍛件低倍組織穿流的問題，滿足標準要求，而且提高了發(fā)動機的整體使用性能，增加了模鍛件使用壽命。

具體實施方式二：本實施方式與具體實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)與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實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)與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實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)與具體實施方式一至三之一相同。

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

具體實施方式六：本實施方式與具體實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)與具體實施方式一至五之一相同。

具體實施方式七：本實施方式與具體實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)與具體實施方式一至六之一相同。

具體實施方式八：本實施方式與具體實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)與具體實施方式一至七之一相同。

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

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

具體實施方式十：本實施方式與具體實施方式一至九之一不同的是步驟九在水壓機上進行四次模壓成型，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)與具體實施方式一至九之一相同。

具體實施方式十一：本實施方式與具體實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)與具體實施方式一至十之一相同。

實施例：本實施例航空發(fā)動機復(fù)雜結(jié)構(gòu)精密模鍛件的生產(chǎn)方法按下列步驟實施：

一、將元素的質(zhì)量百分數(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、對清洗后的鋁合金鑄錠進行加熱擠壓，控制鑄錠的加熱溫度為490℃，擠壓筒溫420℃，采用5000噸臥式水壓機擠壓得到直徑Φ170mm，長度270mm的鋁合金棒材毛坯；

三、在自由鍛造水壓機上，控制鋁合金棒材毛坯加熱溫度為450℃，開鍛溫度為390℃，采用立式自由鍛造水壓機對鋁合金棒材毛坯進行加熱鍛造，得到高度H＝40mm的鋁合金鍛餅；

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

五、對步驟四得到的予壓鍛件進行蝕洗處理，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行第一次模鍛成型，得到模鍛件；

七、對步驟六得到的模鍛件進行機械加工，去掉模鍛件上的環(huán)形筋，得到機加后的模鍛件，如圖2所示；

八、對機加后的模鍛件進行蝕洗修傷，得到蝕洗后的模鍛件；

九、安裝上模和下模，控制開鍛溫度為454℃和終鍛溫度為452℃，在水壓機上進行四次模壓成型，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、對步驟九得到的成型后模鍛件進行蝕洗處理，得到清潔的模鍛件；

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

對本實施例得到的航空發(fā)動機復(fù)雜結(jié)構(gòu)精密模鍛件進行金屬低倍組織檢查和對比分析，如圖3和4所示，可知本實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℃)無應(yīng)力腐蝕開裂，其中腐蝕介質(zhì)為3.5％NaCl溶液。