一种高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺，选用钛合金叶片坯料，按质量百分比及包括：C：3.3‑4.2%，Si：0.2‑3.6%，Mn：0.3‑1.0%，P<0.1%,S<0.05%,Ni：0.2‑3.0%，V：0.2‑1.5%，Ti：0.04‑0.6%，余为Fe及总量<0.3%的Cr、Co等微量元素；将上述合金材料投入熔炼炉中，并向熔炼炉中投入稀土元素，稀土元素的总重量为上述合金材料的0.10‑0.125%；稀土稀土元素中，按重量百分比包含以下组分：Gd：15‑18%，Pr：3‑5%，Dy：7‑9%，Ac：12.5‑12.8%，Nd：15‑20%，Sm：11‑13%，余量为La。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺。
技术介绍
钛合金是一种新型结构材料，它具有优异的综合性能，如密度小（~4.5g·cm-3），比强度和比断裂韧性高，疲劳强度和抗裂纹扩展能力好，低温韧性良好，抗蚀性能优异，某些钛合金的最高工作温度为550ºC，预期可达700ºC；钛金属的密度较小，为4.5g/cm3，仅为铁的60%，通常与铝、镁等被称为轻金属，其相应的钛合金、铝合金、镁合金则称为轻合金；世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对钛合金材料进行研究开发，并且得到了实际应用。因此它在航空、航天、化工、造船等工业部门获得日益广泛的应用，发展迅猛。轻合金、钢等的（σ0.2/密度）与温度的关系，钛合金的比强高于其他轻金属、钢和镍合金，并且这一优势可以保持到500ºC左右，因此某些钛合金适于制造燃气轮机部件。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺。为了解决以上技术问题，本专利技术提供一种高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺，包括如下具体步骤：选用钛合金叶片坯料，按质量百分比及包括：C：3.3-4.2%，Si：0.2-3.6%，Mn：0.3-1.0%，P<0.1%,S<0.05%,Ni：0.2-3.0%，V：0.2-1.5%，Ti：0.04-0.6%，余为Fe及总量<0.3%的Cr、Co等微量元素；将上述合金材料投入熔炼炉中，并向熔炼炉中投入稀土元素，稀土元素的总重量为上述合金材料的0.10-0.125%；稀土稀土元素中，按重量百分比包含以下组分：Gd：15-18%，Pr：3-5%，Dy：7-9%，Ac：12.5-12.8%，Nd：15-20%，Sm：11-13%，余量为La；熔炼炉炉温升至910℃-940℃，待炉料全部融化后进行充分搅拌，并在910℃-940℃下保温1-3h；将上述合金液体自然冷却至合金液体温度880℃-850℃，再次加入与步骤中同样质量的稀土元素；待合金液体温度降温至800-850℃时进行充分搅拌，并在800-850℃下加入精炼剂精炼除渣5min-10min；除渣处理后，将合金液体温度降至745-750℃并保温20min-30min，将炉温降至1130-1140℃，加入精炼剂，用氩气进行除气精炼5min-10min，并将合金液体温度恒定在905-910℃下进行浇铸；浇铸后坯料表面用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，再将炉内升温至700℃-800℃，保温15分钟，按钛合金叶片坯料的重量百分比充入0.1-0.3％的氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温2-4小时，然后将炉内的温度以10℃/min的速度冷却至室温完成充氢处理；对坯料进行第一次表面吹砂处理，并在钛合金叶片坯料的表面上喷涂钛合金玻璃润滑剂；将模具放置于转底式保护气体电炉中预热，预热温度为750℃-800℃，将钛合金叶片坯料装入预热的模具内，再将模具移至液压机上的电阻炉内升温至850℃-940℃，保温10-20分钟；对钛合金叶片预制坯料进行锻造，上模压下速度0.08mm/s-0.1mm/s，后对置氢钛合金叶片锻造坯料的表面进行第二次吹砂处理；对钛合金叶片锻造坯料的表面依次进行清洗、脱氢并置于真空热处理炉内，将炉内温度升至700-800℃，保温5-6小时，叶片随炉冷却至室温，即得到置氢钛合金锻造叶片；叶片表面设有耐高温金属涂层，耐高温金属涂层的成分按质量百分比为：C：0.03-0.05%，Si：0.17-0.19%，Mn：0.25-0.28%，Cr：5.36-5.39%，Ni：8.12-8.14%，Cu：1.32-1.35%，Mo：0.16-0.18%，Co：0.12-0.15%，V：0.36-0.45%，Zn：0.5-0.8%，Al：0.28-0.30%，Ti：0.16-0.18%，B：0.08-0.10%，Mg：0.45-0.48%，S≤0.03%，P≤0.05%，助剂：0.32-0.36%，余量为Fe；助剂的化学成分质量百分比为：Ce：12-14%，Pr：2-5%，Nd：4-8%，Pm：3-5%，Gd：1-7%，Lu：3-9%，Dy：2-6%，Eu：3-5%，Ho：12-15%，Er：6-8%，Ni：0.2-0.5%，Zn：0.6-0.8%，Cu：0.7-0.9%，余量为La；助剂的制备方法：先将Ce、Pr、Nd、Pm、Gd、Lu、Dy、Eu元素放入反应炉中，将温度增加至980-990℃，保温3-5小时，然后空冷至室温，然后放入球磨机中粉碎，过100目数，得粉末颗粒A，然后将Ho、Er、Ni、Zn、Cu、La元素放入反应炉中加热至1100-1200℃，保温3-5小时，然后先空冷至550-560℃，再以15-20℃/min的速度水冷至室温，然后放入球磨机中粉碎，过200目数，得粉末颗粒B，再将粉末颗粒A与粉末颗粒B按2:1.3的比例进行配比，然后搅拌均匀，即可得到助剂。本专利技术进一步限定的技术方案是：进一步的，前述的高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺，包括如下具体步骤：选用钛合金叶片坯料，按质量百分比及包括：C：3.6%，Si：3.1%，Mn：0.8%，P<0.1%,S<0.05%,Ni：2.5%，V：1.3%，Ti：0.36%，余为Fe及总量<0.3%的Cr、Co等微量元素；将上述合金材料投入熔炼炉中，并向熔炼炉中投入稀土元素，稀土元素的总重量为上述合金材料的0.10-0.125%；稀土稀土元素中，按重量百分比包含以下组分：Gd：16%，Pr：4%，Dy：8%，Ac：12.7%，Nd：18%，Sm：12%，余量为La；熔炼炉炉温升至910℃-940℃，待炉料全部融化后进行充分搅拌，并在910℃-940℃下保温1-3h；将上述合金液体自然冷却至合金液体温度880℃-850℃，再次加入与步骤中同样质量的稀土元素；待合金液体温度降温至800-850℃时进行充分搅拌，并在800-850℃下加入精炼剂精炼除渣5min-10min；除渣处理后，将合金液体温度降至745-750℃并保温20min-30min，将炉温降至1130-1140℃，加入精炼剂，用氩气进行除气精炼5min-10min，并将合金液体温度恒定在905-910℃下进行浇铸；浇铸后坯料表面用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，再将炉内升温至700℃-800℃，保温15分钟，按钛合金叶片坯料的重量百分比充入0.1-0.3％的氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温2-4小时，然后将炉内的温度以10℃/min的速度冷却至室温完成充氢处理；对坯料进行第一次表面吹砂处理，并在钛合金叶片坯料的表面上喷涂钛合金玻璃润滑剂；将模具放置于转底式保护气体电炉中预热，预热温度为750℃-800℃，将钛合金叶片坯料装入预热的模具内，再将模具移至液压机上的电阻炉内升温至850℃-940℃，保温10-20分钟；对钛合金叶片预制坯料进行锻造，上模压下速度0.08mm/s-0.1mm/s，后对置氢钛合金叶片锻造坯料的表面进行第二次吹砂处理；对钛合金叶片锻造坯料的表面依次进行清洗、脱氢并置于真空热处理炉内，将炉内温度升至70本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺，其特征在于，包括如下具体步骤：选用钛合金叶片坯料，按质量百分比及包括：C：3.3‑4.2%，Si：0.2‑3.6%，Mn：0.3‑1.0%，P<0.1%,S<0.05%,Ni：0.2‑3.0%，V：0.2‑1.5%，Ti：0.04‑0.6%，余为Fe及总量<0.3%的Cr、Co等微量元素；将上述合金材料投入熔炼炉中，并向熔炼炉中投入稀土元素，所述稀土元素的总重量为上述合金材料的0.10‑0.125%；所述稀土稀土元素中，按重量百分比包含以下组分：Gd：15‑18%，Pr：3‑5%，Dy：7‑9%，Ac：12.5‑12.8%，Nd：15‑20%，Sm：11‑13%，余量为La；熔炼炉炉温升至910℃‑940℃，待炉料全部融化后进行充分搅拌，并在910℃‑940℃下保温1‑3h；将上述合金液体自然冷却至合金液体温度880℃‑850℃，再次加入与步骤中同样质量的稀土元素；待合金液体温度降温至800‑850℃时进行充分搅拌，并在800‑850℃下加入精炼剂精炼除渣5min‑10min；除渣处理后，将合金液体温度降至745‑750℃并保温20min‑30min，将炉温降至1130‑1140℃，加入精炼剂，用氩气进行除气精炼5min‑10min，并将合金液体温度恒定在905‑910℃下进行浇铸；浇铸后坯料表面用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10‑3Pa，再将炉内升温至700℃‑800℃，保温15分钟，按钛合金叶片坯料的重量百分比充入0.1‑0.3％的氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温2‑4小时，然后将炉内的温度以10℃/min的速度冷却至室温完成充氢处理；对坯料进行第一次表面吹砂处理，并在钛合金叶片坯料的表面上喷涂钛合金玻璃润滑剂；将模具放置于转底式保护气体电炉中预热，预热温度为750℃‑800℃，将钛合金叶片坯料装入预热的模具内，再将模具移至液压机上的电阻炉内升温至850℃‑940℃，保温10‑20分钟；对钛合金叶片预制坯料进行锻造，上模压下速度0.08mm/s‑0.1mm/s，后对置氢钛合金叶片锻造坯料的表面进行第二次吹砂处理；对钛合金叶片锻造坯料的表面依次进行清洗、脱氢并置于真空热处理炉内，将炉内温度升至700‑800℃，保温5‑6小时，叶片随炉冷却至室温，即得到置氢钛合金锻造叶片；所述叶片表面设有耐高温金属涂层，所述耐高温金属涂层的成分按质量百分比为：C：0.03‑0.05%，Si：0.17‑0.19%，Mn：0.25‑0.28%，Cr：5.36‑5.39%，Ni：8.12‑8.14%，Cu：1.32‑1.35%，Mo：0.16‑0.18%，Co：0.12‑0.15%，V：0.36‑0.45%，Zn：0.5‑0.8%，Al：0.28‑0.30%，Ti：0.16‑0.18%，B：0.08‑0.10%，Mg：0.45‑0.48%，S≤0.03%，P≤0.05%，助剂：0.32‑0.36%，余量为Fe；所述助剂的化学成分质量百分比为：Ce：12‑14%，Pr：2‑5%，Nd：4‑8%，Pm：3‑5%，Gd：1‑7%，Lu：3‑9%，Dy：2‑6%，Eu：3‑5%，Ho：12‑15%，Er：6‑8%，Ni：0.2‑0.5%，Zn：0.6‑0.8%，Cu：0.7‑0.9%，余量为La；所述助剂的制备方法：先将Ce、Pr、Nd、Pm、Gd、Lu、Dy、Eu元素放入反应炉中，将温度增加至980‑990℃，保温3‑5小时，然后空冷至室温，然后放入球磨机中粉碎，过100目数，得粉末颗粒A，然后将Ho、Er、Ni、Zn、Cu、La元素放入反应炉中加热至1100‑1200℃，保温3‑5小时，然后先空冷至550‑560℃，再以15‑20℃/min的速度水冷至室温，然后放入球磨机中粉碎，过200目数，得粉末颗粒B，再将粉末颗粒A与粉末颗粒B按2:1.3的比例进行配比，然后搅拌均匀，即可得到助剂。...

【技术特征摘要】
1.一种高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺，其特征在于，包括如下具体步骤：选用钛合金叶片坯料，按质量百分比及包括：C：3.3-4.2%，Si：0.2-3.6%，Mn：0.3-1.0%，P<0.1%,S<0.05%,Ni：0.2-3.0%，V：0.2-1.5%，Ti：0.04-0.6%，余为Fe及总量<0.3%的Cr、Co等微量元素；将上述合金材料投入熔炼炉中，并向熔炼炉中投入稀土元素，所述稀土元素的总重量为上述合金材料的0.10-0.125%；所述稀土稀土元素中，按重量百分比包含以下组分：Gd：15-18%，Pr：3-5%，Dy：7-9%，Ac：12.5-12.8%，Nd：15-20%，Sm：11-13%，余量为La；熔炼炉炉温升至910℃-940℃，待炉料全部融化后进行充分搅拌，并在910℃-940℃下保温1-3h；将上述合金液体自然冷却至合金液体温度880℃-850℃，再次加入与步骤中同样质量的稀土元素；待合金液体温度降温至800-850℃时进行充分搅拌，并在800-850℃下加入精炼剂精炼除渣5min-10min；除渣处理后，将合金液体温度降至745-750℃并保温20min-30min，将炉温降至1130-1140℃，加入精炼剂，用氩气进行除气精炼5min-10min，并将合金液体温度恒定在905-910℃下进行浇铸；浇铸后坯料表面用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，再将炉内升温至700℃-800℃，保温15分钟，按钛合金叶片坯料的重量百分比充入0.1-0.3％的氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温2-4小时，然后将炉内的温度以10℃/min的速度冷却至室温完成充氢处理；对坯料进行第一次表面吹砂处理，并在钛合金叶片坯料的表面上喷涂钛合金玻璃润滑剂；将模具放置于转底式保护气体电炉中预热，预热温度为750℃-800℃，将钛合金叶片坯料装入预热的模具内，再将模具移至液压机上的电阻炉内升温至850℃-940℃，保温10-20分钟；对钛合金叶片预制坯料进行锻造，上模压下速度0.08mm/s-0.1mm/s，后对置氢钛合金叶片锻造坯料的表面进行第二次吹砂处理；对钛合金叶片锻造坯料的表面依次进行清洗、脱氢并置于真空热处理炉内，将炉内温度升至700-800℃，保温5-6小时，叶片随炉冷却至室温，即得到置氢钛合金锻造叶片；所述叶片表面设有耐高温金属涂层，所述耐高温金属涂层的成分按质量百分比为：C：0.03-0.05%，Si：0.17-0.19%，Mn：0.25-0.28%，Cr：5.36-5.39%，Ni：8.12-8.14%，Cu：1.32-1.35%，Mo：0.16-0.18%，Co：0.12-0.15%，V：0.36-0.45%，Zn：0.5-0.8%，Al：0.28-0.30%，Ti：0.16-0.18%，B：0.08-0.10%，Mg：0.45-0.48%，S≤0.03%，P≤0.05%，助剂：0.32-0.36%，余量为Fe；所述助剂的化学成分质量百分比为：Ce：12-14%，Pr：2-5%，Nd：4-8%，Pm：3-5%，Gd：1-7%，Lu：3-9%，Dy：2-6%，Eu：3-5%，Ho：12-15%，Er：6-8%，Ni：0.2-0.5%，Zn：0.6-0.8%，Cu：0.7-0.9%，余量为La；所述助剂的制备方法：先将Ce、Pr、Nd、Pm、Gd、Lu、Dy、Eu元素放入反应炉中，将温度增加至980-990℃，保温3-5小时，然后空冷至室温，然后放入球磨机中粉碎，过100目数，得粉末颗粒A，然后将Ho、Er、Ni、Zn、Cu、La元素放入反应炉中加热至1100-1200℃，保温3-5小时，然后先空冷至550-560℃，再以15-20℃/min的速度水冷至室温，然后放入球磨机中粉碎，过200目数，得粉末颗粒B，再将粉末颗粒A与粉末颗粒B按2:1.3的比例进行配比，然后搅拌均匀，即可得到助剂。2.根据权利要求1所述的高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺，其特征在于，包括如下具体步骤：选用钛合金叶片坯料，按质量百分比及包括：C：3.6%，Si：3.1%，Mn：0.8%，P<0.1%,S<0.05%,Ni：2.5%，V：1.3%，Ti：0.36%，余为Fe及总量<0.3%的Cr、Co等微量元素；将上述合金材料投入熔炼炉中，并向熔炼炉中投入稀土元素，所述稀土元素的总重量为上述合金材料的0.10-0.125%；所述稀土稀土元素中，按重量百分比包含以下组分：Gd：16%，Pr：4%，Dy：8%，Ac：12.7%，Nd：18%，Sm：12%，余量为La；熔炼炉炉温升至910℃-940℃，待炉料全部融化后进行充分搅拌，并在910℃-940℃下保温1-3h；将上述合金液体自然冷却至合金液体温度880℃-850℃，再次加入与步骤中同样质量的稀土元素；待合金液体温度降温至800-850℃时进行充分搅拌，并在800-850...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘达，王河平，宗国翼，
申请(专利权)人：南京赛达机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32