CN113500160A - 具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锻造用布，特别是一种具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布，属于锻压技术领域。本发明的具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布包括石墨层、纤维层、粘结剂和保温棉层，所述石墨层均匀附着在所述纤维层的任意一个平面上；所述纤维层的另一个平面与保温棉层通过粘结剂固定。本发明能有效降低摩擦力，并提高锻件温度从而降低成型压力，减小锻件和模具的温差，消除超高强度钛合金表面组织不均匀的形成，有效降低了因润滑不均匀造成的次品率。消除锻件表面冷模组织，提高模具表面质量和使用寿命。可缩短锻造时间提高生产率。

Description

具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锻造用布，特别是一种具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布，属于锻压技术领域。
背景技术
超高强度钛合金具有高强度、高韧性、高塑性以及淬透性好等优点，随着航空航天的不断发展，为了减小飞机重量，超高强度钛合金在各型飞机机体及起落架的大型承力件上得到了广泛应用。目前，超高强度钛合金生产中主要采用相变点以上模锻工艺进行锻造，以获得优良的断裂韧性。
在锻造过中，锻件常常出现充填不满、表面组织不均匀等问题。充填不满主要原因为超高强度钛合金强度高，变形抗力大，表面组织不均匀原因为锻件在相变点以上模锻，锻件温度较高，模具温度较低，两者温差较大，模锻过程中在锻件的表面形成一层激冷层，引起表面组织与心部组织不均匀，表层组织不均匀降低锻件表面机械性能。
为解决上述问题，传统的方式是采用润滑液+保温布或润滑液+保温面。解决充填不满主要使用润滑剂来降低成形压力，增加金属充填能力，具体方法为，直接将稀释后的润滑剂喷洒于模具表面。但由于模具温度及润滑剂液体成分含量较高，喷洒于模具表面的润滑剂很容易形成球状不断翻滚，最终大部分落入型腔底部。这种不均匀的润滑方式往往导致石墨在型腔侧壁难以有效附着，减弱润滑效果，严重时大量石墨堆积型腔深处，导致锻件充填不满形成次品甚至报废。传统的保温措施是单纯使用保温棉或保温布，保温棉效果较好，但在成型过程中保温棉被压缩燃烧后剩下许多细小硬质颗粒，这种颗粒非但没有润滑作用，反而增大了摩擦使得成型压力急剧上升；传统的保温布有一定的保温效果，但仍不能有效解决超高强度钛合金表面组织均匀性的问题。为解决表面组织均匀性，需增加锻件机加余量，但这种方式将极大增加锻件重量，材料利用率较低。
因此，开发锻造过程中具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布具有重要意义。
申请号为200520039486.6的中国专利申请公开了“一种可粘贴绝热棉”、申请号为200510023801.0的中国专利申请公开了“可粘贴绝热棉及其制备方法”，上述专利申请均是将锻件与陶瓷纤维通过双粘接剂和玻璃粉粘结，后置于炉内加热，然后进行锻造。粘结剂和玻璃粉易在高温下放出的二氧化碳、水蒸汽等而形成的气泡，使锻件表面无法形成连续、均匀、致密的润滑层，因此也不能发挥出应有的润滑作用，影响锻件的产品表面质量，对粘结剂的要求也比较高。
申请号为201711352339.8的中国专利申请公开了一种具有润滑和保温作用的锻造用纤维布，包括纤维层，石墨层，所述石墨层均匀附着在所述纤维层的任意一个平面上。所述纤维层的厚度优选1～2mm，所述石墨层的厚度0.5～1mm。该种锻造用布在一定程度上起到了保温和润滑的效果，但由于隔热效果不强，当高温锻件放入模具型腔时，锻件表面温度快速下降，导致锻件心部与表面仍然存在较大的温度差，因而其保温效果满足不了超高强度钛合金的锻造需求。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布。
为解决上述第一个技术问题，本发明的具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布，包括石墨层、纤维层、粘结剂和保温棉层，所述石墨层均匀附着在所述纤维层的任意一个平面上；所述纤维层的另一个平面与保温棉层通过粘结剂固定。
在一种具体实施方式中，所述保温棉厚度5mm以内，且不为0mm，优选为4～5mm。
在一种具体实施方式中，所述粘结剂为胶体类的粘结剂。
在一种具体实施方式中，所述粘结剂为聚氨酯树脂、甲基纤维素、丙烯酸树脂中的至少一种。
在一种具体实施方式中，所述纤维层的厚度1～3mm，所述石墨层的厚度0.5～1mm，粘结剂的厚度0.1～0.5mm。
在一种具体实施方式中，所述具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的制作方法为将质量浓度为10～20％的水基石墨润滑剂均匀涂抹在纤维层的任意一个平面上，干燥后用粘结剂将纤维层的另一个平面和保温棉层用粘结剂粘结起来即得到具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布；
所述水基石墨润滑剂均匀涂抹的方法优选为喷涂；
所述干燥的方法优选为风干、烘干、晒干中的至少一种。
在一种具体实施方式中，所述纤维层的材质为玻璃纤维布。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种上述的具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的制备方法。
为解决本发明的第二个技术问题，所述的具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的制备方法包括：
将质量浓度为10～20％的水基石墨润滑剂均匀涂抹在纤维层的任意一个平面上，干燥后用粘结剂将纤维层的另一个平面和保温棉层用粘结剂粘结起来即得到具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布；
所述水基石墨润滑剂均匀涂抹的方法优选为喷涂；
所述干燥的方法优选为风干、烘干、晒干中的至少一种。
本发明要解决的第三个技术问题是提供一种具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的应用方法。
为解决本发明的第三个技术问题，所述具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的应用方法包括模具和锻件，将所述具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的石墨层面与模具接触，将所述具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的保温棉层面与锻件接触；所述锻件优选为中强度钛合金或超高强度钛合金。
在一种具体实施方式中，所述布的形状大小与模具相适配。
有益效果：本发明根据锻造时减少压力的关键控制点，摩擦力和锻件温度，使有石墨润滑剂的一侧与模具接触以减少摩擦，有保温棉的一侧与锻件自身接触以提高锻件温度。采用此种方法可有效降低摩擦力，并提高锻件温度从而降低成型压力，减小锻件和模具的温差，消除超高强度钛合金表面组织不均匀的形成，同时提前将石墨润滑剂提前均匀涂抹于纤维布上使整个锻造过程变得简单，并有效降低了因润滑不均匀造成的次品率。
该方法合成的保温布可显著降低超高强度钛合金锻造成型压力，提高型腔的充填，消除锻件表面冷模组织，提高模具表面质量和使用寿命。
由于制作简单易学，无特殊场地要求可广发用于各种锻造现场，用时短，可缩短锻造时间提高生产率。
粘结剂3在此结构下也不会在锻造时释放气体，影响锻件的产品表面质量。
附图说明
图1为具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的结构图；
图2为具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布使用示意图。
1-石墨层；2-纤维层；3-粘结剂；4-保温棉层；5-模具；6-锻件。
具体实施方式
为解决上述第一个技术问题，本发明的具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布，如图1所述，包括石墨层1、纤维层2、粘结剂3和保温棉层4，所述石墨层1均匀附着在所述纤维层2的任意一个平面上；所述纤维层2的另一个平面与保温棉层4通过粘结剂3固定。
在一种具体实施方式中，所述保温棉厚度5mm以内，且不为0mm，优选为4～5mm。
在一种具体实施方式中，所述粘结剂3为胶体类的粘结剂。
在一种具体实施方式中，所述粘结剂3为聚氨酯树脂、甲基纤维素、丙烯酸树脂中的至少一种。
在一种具体实施方式中，所述纤维层2的厚度1～3mm，所述石墨层1的厚度0.5～1mm，粘结剂3的厚度0.1～0.5mm。
在一种具体实施方式中，所述具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的制作方法为将质量浓度为10～20％的水基石墨润滑剂均匀涂抹在纤维层2的任意一个平面上，干燥后用粘结剂将纤维层2的另一个平面和保温棉层4用粘结剂3粘结起来即得到具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布；
所述水基石墨润滑剂均匀涂抹的方法优选为喷涂；
所述干燥的方法优选为风干、烘干、晒干中的至少一种。
在一种具体实施方式中，所述纤维层2的材质为玻璃纤维布。
为解决本发明的第二个技术问题，所述的具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的制备方法包括：
将质量浓度为10～20％的水基石墨润滑剂均匀涂抹在纤维层2的任意一个平面上，干燥后用粘结剂将纤维层2的另一个平面和保温棉层4用粘结剂3粘结起来即得到具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布；
所述水基石墨润滑剂均匀涂抹的方法优选为喷涂；
所述干燥的方法优选为风干、烘干、晒干中的至少一种。
如图2所示，为解决本发明的第三个技术问题，所述具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的应用方法包括模具5和锻件6，将所述具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的石墨层1面与模具5接触，将所述具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的保温棉层4面与锻件6接触；所述锻件6优选为中强度钛合金或超高强度钛合金。
锻造时，锻件6与具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布构成一个整体，具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布上的石墨层1与模具5接触，由于石墨层1的润滑作用，能够减少锻件6和布构成的整体相对模具5运动时的摩擦力，从而减少锻造压力。
具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的保温棉层4与锻件6直接接触，纤维层2与保温棉层4和石墨层组合起来达到到保温作用，更轻薄。粘结剂3在此结构下也不会在锻造时释放气体，影响锻件的产品表面质量。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
取一块玻璃纤维布，厚度2mm；采用清水配置石墨质量浓度为20％的石墨润滑剂溶液1L，将制得的石墨润滑剂溶液采用喷枪均匀喷涂在纤维布的正面，自然风干，石墨层均匀的附着在纤维布的一个面上，石墨层的厚度约1mm，再用聚氨酯树脂粘结剂将纤维布的另一侧和厚度5mm保温棉粘结起来，详见图1粘结剂3厚度0.5mm。
将制备得到的具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布按照图2所示的结构进行安装，用于航空高强度钛合金锻造成型。生产准备两张锻造用布，先将其中一张放于下模具型腔中，有石墨的一侧接触模具，将加热好的高温锻坯放入模具型腔，再将另一张锻造用布覆盖锻坯，有石墨的一侧接触上模具型腔。控制压机设备合模，完成锻件成型。锻件成形良好，圆角充填饱满，锻件表面温度较起始锻坯温度只下降约60℃，下降温度较小，成形压力较传统喷洒润滑剂的方式下降约15％，通过检测，锻件表面无冷模组织的产生，说明锻造用布起到了很好的保温和润滑效果。锻造完成后，模具表面光洁，无传统润滑方式润滑剂堆积现象，提高了模具的使用寿命。
对比例1
锻造的模具、锻件等条件与实施例1相同，不同的是保温和润滑均采用现有技术的方案，生产前，采用喷洒的方式将稀释后的石墨润滑剂附着在模具型腔表面，将加热好的高温锻坯放入模具型腔。控制压机设备合模，完成锻件成形。锻件成形一般，局部圆角未充填饱满，锻件表面温度较起始锻坯温度下降约120℃，成形压力较采用锻造用布的方式增加约15％，通过检测，锻件表层组织与心部组织不一致，出现冷模组织。锻造完成后，模具光洁度较差，模具型腔深处有润滑剂堆积现象。原因分析为锻件仅靠锻件表层的涂层保温效果不强，同时稀释的石墨润滑剂为常温液体，温度低，锻件表面直接与润滑剂接触，表面温度急剧下降，形成冷模层组织。采用人工的方式喷洒石墨润滑剂不能将润滑剂均匀的附着在模具表面，造成模具润滑不均匀，同时液态的润滑剂也会在模具型腔底部聚集，导致锻件成行压力上升，充填不满，模具表面光洁度差，寿命低。
对比例2
采用201711352339.8一样的纤维布+石墨的方案，但是纤维布的厚度加厚为实施例1的纤维布+保温棉层的总厚度7mm。生产准备两张上述锻造用布，先将其中一张放于下模具型腔中，有石墨的一侧接触模具，将加热好的高温锻坯放入模具型腔，再将另一张锻造用布覆盖锻坯，有石墨的一侧接触上模具型腔。控制压机设备合模，完成锻件成型。锻件成形一般，圆角未充填饱满，出现锻件整体尺寸超差(偏小)，锻件表面温度较起始锻坯温度只下降约90℃，成形压力较传统喷洒润滑剂的方式下降约12％，通过检测，锻件表面无明显冷模组织的产生(间于冷模组织与正常组织之间)，锻造完成后，模具表面光洁，无传统润滑方式润滑剂堆积现象。原因分析为加厚纤维布厚度时，保温效果得到一定提升，但保温效果仍不及同等厚度的保温棉，保温棉呈多孔结构，纤维布较保温棉组织结构更致密，因此同等厚度的纤维布压缩性不及保温棉，导致锻后锻件尺寸整体超差。

Claims (10)

1.具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布，其特征在于，包括石墨层(1)、纤维层(2)、粘结剂(3)和保温棉层(4)，所述石墨层(1)均匀附着在所述纤维层(2)的任意一个平面上；所述纤维层(2)的另一个平面与保温棉层(4)通过粘结剂(3)固定。
2.根据权利要求1所述的具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布，其特征在于，所述保温棉厚度5mm以内，且不为0mm，优选为4～5mm。
3.根据权利要求1或2所述的具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布，其特征在于，所述粘结剂(3)为胶体类的粘结剂。
4.根据权利要求3所述的具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布，其特征在于，所述粘结剂(3)为聚氨酯树脂、甲基纤维素、丙烯酸树脂中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布，其特征在于，所述纤维层(2)的厚度1～3mm，所述石墨层(1)的厚度0.5～1mm，粘结剂(3)的厚度0.1～0.5mm。
6.根据权利要求1或2所述的具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布，其特征在于，所述具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的制作方法为将质量浓度为10～20％的水基石墨润滑剂均匀涂抹在纤维层(2)的任意一个平面上，干燥后用粘结剂将纤维层(2)的另一个平面和保温棉层(4)用粘结剂(3)粘结起来即得到具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布；
所述水基石墨润滑剂均匀涂抹的方法优选为喷涂；
所述干燥的方法优选为风干、烘干、晒干中的至少一种。
7.根据权利要求1～6任一项所述的具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布，其特征在于，所述纤维层(2)的材质为玻璃纤维布。
8.如权利要求1～7任一项所述的具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将质量浓度为10～20％的水基石墨润滑剂均匀涂抹在纤维层(2)的任意一个平面上，干燥后用粘结剂将纤维层(2)的另一个平面和保温棉层(4)用粘结剂(3)粘结起来即得到具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布；
所述水基石墨润滑剂均匀涂抹的方法优选为喷涂；
所述干燥的方法优选为风干、烘干、晒干中的至少一种。
9.根据权利要求1～7任一项所述的具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的应用方法，还包括模具(5)和锻件(6)，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将所述具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的石墨层(1)面与模具(5)接触，将所述具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的保温棉层(4)面与锻件(6)接触；所述锻件(6)优选为中强度钛合金或超高强度钛合金。
10.根据权利要求9所述的具有提高钛合金表层组织均匀性的锻造用布的应用方法，其特征在于，所述布的形状大小与模具(3)相适配。
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