双合金整体叶盘的制造方法技术

一种双合金整体叶盘的制造方法，利用第一合金和第二合金分别制造整体叶盘的叶片与叶盘，其中第一合金粉末热等静压的温度下限高于第二合金粉末热等静压的温度上限。对第一合金粉末热等静压加工得到叶片坯件，对第二合金粉末温等静压得到叶盘粉体坯件，再将叶盘金属包套与叶片金属包套焊接在一起，使叶盘粉体坯件与叶片坯件相互连接，最后整体以第二合金粉末的工艺温度进行热等静压加工得到整体叶盘毛坯。本发明专利技术设备需求简单，生产效率高，所得成品组织结构均匀，整体性能优越。整体性能优越。整体性能优越。

【技术实现步骤摘要】
双合金整体叶盘的制造方法


[0001]本专利技术属于航空发动机领域，具体涉及一种双合金整体叶盘的制造方法。

技术介绍

[0002]航空发动机低压涡轮叶片使用温度一般为700℃
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800℃，需要其具备良好的耐腐蚀性、组织稳定性、冲击韧性、断裂韧性，特别是良好的高温持久性能、蠕变性能、机械疲劳和热疲劳性能。而航空发动机叶盘工作温度相对较低，但应力条件复杂，轮毂、幅板等不同位置所受应力、温度、介质作用不同，因此其需要更高的屈服强度、抗拉强度、塑性、耐腐蚀性和低循环疲劳强度。因此，与单一材料制造的整体叶盘相比，叶片、叶盘采用不同材料的双合金叶盘更能发挥不同材料在性能上的优势分别满足不同的服役要求，提高发动机的整体性能表现。而其中，没有榫槽结构的双合金整体叶盘又以其简单轻量可靠的结构和优越的流体性能，成为当前发展的主要趋势。
[0003]GH4169、GH4065A等γ
’
相沉淀强化型镍基合金屈服强度高，抗疲劳、耐腐蚀，制造成本较低，是制造叶盘的常用材料。而TiAl合金作为航空发动机领域的新型材料，强度高、密度低(仅3.9g/cm3‑
4.2g/cm3)、高温下结构稳定、抗蠕变性能强、耐氧化抗腐蚀、具有良好的阻燃性能，在500℃
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900℃的范围内强度性能超过普通钛合金和镍基高温合金，是制造叶片的良好选择。然而，TiAl合金主要由TiAl、Ti3Al、TiAl3等金属间化合物组成，脆性高、加工能力差，因而其多采用激光增材制造工艺和粉末冶金等先进制造工艺进行生产制造，其中，热等静压工艺因为具有成品质量好、能够实现复杂结构的近净成形和制造成本低等优点，成为了TiAl合金叶片制造的理想工艺。
[0004]专利技术人考虑到传统扩散焊工艺和惯性摩擦焊等连接工艺在对异种合金的叶盘和叶片进行焊接过程中存在设备复杂、工艺困难、质量缺陷等制约因素，从材料性能和加工工艺角度综合出发，以镍基合金作为叶盘材料，TiAl合金作为叶片材料，通过热等静压工艺制造双合金整体叶盘是一种合理的选择。
[0005]但是，现有技术中，在利用热等静压制造双合金整体叶盘时，需要将不同粉末分别填充入热等静压模具的叶盘和叶片部分，在这一过程中难以避免发生两种粉末的混合，导致叶盘与叶片组织分布不均，不利于充分发挥双合金整体叶盘的性能优势。更重要的是，典型的TiAl合金如TiAl
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4522XD本身的熔点较高(超过1400℃)，其热等静压工艺的加热温度超过1240℃，接近甚至超过了部分常用镍合金的熔点温度，叶盘材料与叶片材料熔点温差大，如果直接进行整体叶盘的热等静压容易在叶盘组织中造成镍合金的局部熔化形成枝晶或偏析等对力学性能不利的凝固组织。另一方面，由于合金组织结构的不同，镍基合金与TiAl合金的热处理制度也不相同，这给工艺设计造成了困难。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于提供一种双合金整体叶盘的制造方法，以实现TiAl合金与镍合金双合金整体叶盘的近净成形加工，提高双合金叶盘的生产效率，改善双合金整体叶盘的性
能。
[0007]根据本专利技术实施例的一个方面，提供一种双合金整体叶盘的制造方法，所述制造方法提供一种整体叶盘，其叶片与叶盘由不同成分的合金制成，其中，所述方法包括以下步骤：
[0008]a)分别提供所述叶盘与叶片的金属包套，在所述叶片金属包套中填充第一合金粉末，在所述叶盘金属包套中填充第二合金粉末；
[0009]b)对所述叶片金属包套以低音温度进行热等静压加工，得到叶片坯件；对所述叶盘金属包套以第二温度进行温等静压加工，得到叶盘粉体坯件；
[0010]c)根据机构设计，将所述叶片坯件与所述叶盘粉体坯件连接位置处的金属包套切除，并将所述叶片金属包套与所述叶盘金属包套沿切割面焊接在一起成为整体包套，使其中的所述叶片坯件和所述叶盘粉体坯件的所述连接位置相接触；
[0011]d)对所述整体包套以第三温度进行热等静压加工，得到整体叶盘毛坯，所述第三温度为所述第二合金粉末实现热等静压的工艺温度。
[0012]其中，所述第一温度的下限高于所述第三温度的上限。
[0013]通过上述步骤得到的整体叶盘毛坯，叶盘与叶片组织界面清晰，连接牢固，整体性能优越；一套热等静压设备能够同时进行多组加工，生产效率高。
[0014]进一步地，所述第一合金粉末为TiAl
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4522XD粉末，所述第二合金粉末为GH4169或GH4065A镍合金粉末。其各自的力学性能符合叶片与叶盘的设计需求，能够充分发挥双合金整体叶盘的性能优势。
[0015]可选地，所述叶片坯件与所述叶盘粉体坯件的所述连接位置设置预留凸台。预留凸台便于叶片坯件与叶盘粉体坯件的组装。
[0016]可选地，所述金属包套为低碳钢包套或不锈钢包套，在所述步骤c)中所述切割方法为线切割，所述焊接方法为氩弧焊或激光焊。
[0017]可选地，所述制造方法还包括在所述步骤d)之后进行的去除所述整体包套的步骤e)，所述步骤e)的方法为机械剥离或酸处理。
[0018]可选地，所述制造方法还包括在所述步骤d)之后进行的去除所述整体包套的步骤e)，以及所述步骤e)之后对所述整体叶盘毛坯进行热处理的步骤f)，所述步骤f)包括局部热处理，所述局部热处理包括针对叶盘的固溶处理和针对叶片的组织均匀化处理，在对其中一部进行所述局部热处理时对其他部分进行风冷冷却。
[0019]优选地，所述制造方法还包括在步骤c)之前对叶片坯件进行组织均匀化处理的步骤b
’
)。
[0020]进一步地，所述制造方法还包括在步骤d)之后取出所述整体包套的步骤e)，以及所述步骤e)后对所述整体叶盘毛坯进行热处理的步骤f)，所述步骤f)包括固溶处理和时效处理。
[0021]可选地，所述组织均匀化处理温度为1000℃
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1030℃，保温时间为7h
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10h，冷却方式为随炉冷却。
[0022]可选地，所述制造方法还包括在步骤f)之后对所述整体叶盘毛坯进行的终加工步骤g)，所述步骤g)包括对整体叶盘毛坯进行的探伤和去应力处理。
附图说明
[0023]图1为双合金整体叶盘结构示意图；
[0024]图2为叶片包套与叶盘包套结构示意图；
[0025]图3为整体包套结构示意图。
[0026]附图标记的含义：1
‑
叶片；2
‑
叶盘；3
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叶片包套；4
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叶盘包套；5
‑
第一合金粉末；6
‑
第二合金粉末；7
‑
凸台；8
‑
连接位置。
[0027]上述附图的目的在于对本专利技术作出详细描述，以便本领域技术人员能够理解本专利技术的技术构思。附图所示为本专利技术典型实施方式样例，并不构成对实施方式的具体限制。
具体实施方式
[0028]下面结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双合金整体叶盘的制造方法，提供一种整体叶盘，所述整体叶盘的叶片与叶盘由不同成分的合金制成，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：a)分别提供所述叶盘与叶片的金属包套，在所述叶片金属包套中填充第一合金粉末，在所述叶盘金属包套中填充第二合金粉末；b)对所述叶片金属包套以第一温度进行热等静压加工，得到叶片坯件，对所述叶盘金属包套以第二温度进行温等静压加工，得到叶盘粉体坯件；c)根据整体叶盘结构设计，将所述叶片坯件与所述叶盘粉体坯件连接位置处的金属包套切除，并将所述叶片金属包套与所述叶盘金属包套沿切割面焊接在一起成为整体包套，使其中的所述叶片坯件和所述叶盘粉体坯件的所述连接位置接触；d)对所述整体包套以第三温度进行热等静压加工，得到整体叶盘毛坯，所述第三温度为所述第二合金粉末实现热等静压的工艺温度；其中，所述第一温度的下限高于所述第三温度的上限。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第一合金粉末为TiAl
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4522XD粉末，所述第二合金粉末为GH4169或GH4065A镍合金粉末。3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述叶片坯件与所述叶盘粉体坯件的所述连接位置预留凸台。4.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述金属包套为低碳钢包套或不锈钢包套，在所述步骤c)中所采用的切割方法为线切割，所采用的焊接方法为氩弧焊或激光焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：张露，张国栋，南洋，田成刚，杨超，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：