一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法，该方法包括：一、建立涡轮叶片的三维模型，进行切片处理，得到切层数据；二、对电子束选区快速成形设备的成形腔抽真空，然后对成形基板进行预热；三、将TiAl合金粉末铺设在预热后的成形基板上，然后进行预热；四、对预热后的TiAl合金粉末进行选区熔化扫描，形成单层实体片层；五、重复步骤三和步骤四，形成电子束选区熔化成形件；六、冷却后得到TiAl合金涡轮叶片。该方法采用电子束选区快速成形法制备TiAl合金涡轮叶片，通过对成形基板和TiAl合金粉末的预热，控制TiAl合金涡轮叶片的成形温度，减少了TiAl合金涡轮叶片的内部热应力，避免了TiAl合金涡轮叶片变形和断裂现象，增强了TiAl合金涡轮叶片强度和塑性的匹配性。

A method for the preparation of TiAl alloy turbine blades

The invention discloses a preparation method of a TiAl alloy turbine blade. The method comprises the following steps: 1. A three-dimensional model of a turbine blade is established, a slice processing is performed, and the cutting data is obtained. Two, the vacuum of the forming cavity of the electron beam selective rapid forming equipment is vacuumed, and then the forming substrate is preheated; three, the TiAl alloy powder is laid. On the preheated forming substrate, then preheat is then carried out; four, the preheated TiAl alloy powder is scanned by the selective melting scan to form a single layer solid layer; five, repeat step three and step four to form the electron beam selective melting forming parts; six, after cooling, the blade of the TiAl alloy vortex wheel is obtained. The TiAl alloy turbine blade was prepared by the method of electron beam selective rapid forming. By preheating the forming substrate and TiAl alloy powder, the forming temperature of the turbine blade of the TiAl alloy was controlled, the internal thermal stress of the turbine blade of the TiAl alloy was reduced, the deformation and fracture of the TiAl alloy turbine blade were avoided, and the TiAl combination was enhanced. The matching of the strength and plasticity of the blade of a gold turbine.

【技术实现步骤摘要】
一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法
本专利技术属于涡轮叶片制备
，具体涉及一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法。
技术介绍
TiAl合金的密度仅为3.8g/cm3～4.0g/cm3，是镍基高温合金的1/2，比钛合金还低10％～15％。室温下TiAl合金的弹性模量为160GPa～170GPa，比钛合金高33％，并且在750℃时其弹性模量仍能保持为150GPa，与GH4169高温合金相当。TiAl合金还具有高比强度，在750℃时其比强度仍能保持为室温下比强度的80％。此外，TiAl合金还具有高蠕变抗力、优异的抗氧化性和阻燃性能，可在760℃～800℃的条件下长期工作，是一种很有发展潜力的轻质高温结构材料，可广泛应用于航空发动机或汽车的高温部件如叶片、涡轮盘，气门阀等。目前，TiAl合金成形主要采用传统铸造或锻造工艺，但TiAl合金高温难变形，在热加工轧制过程中容易产生裂纹、组织不均匀等缺陷。TiAl合金室温脆性大，锻造后的热处理会导致其层片组织粗大以及组织不稳定，从而进一步降低了TiAl合金的综合性能，制约了TiAl合金的应用。另外，TiAl合金在实现复杂构型尤其是薄壁、内流道等构型方面存在加工难度大、废品率高的问题。电子束选区快速熔化成形技术是一种电子3D打印技术，可以实现金属材料的近净成形，成形过程中无需锻造、铸造工艺和模具，不受产品尺寸的制约，污染较少，生产周期较短，制造成本较低，在生产复杂构型的产品上具有独特的优势。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法。该方法采用电子束选区快速成形法制备TiAl合金涡轮叶片，通过对成形基板和TiAl合金粉末的预热，控制TiAl合金涡轮叶片的成形温度，减少了TiAl合金涡轮叶片的内部热应力，避免了TiAl合金涡轮叶片变形和断裂现象，增强了TiAl合金涡轮叶片强度和塑性的匹配性。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、首先建立涡轮叶片的三维模型，然后沿高度方向对涡轮叶片的三维模型进行切片处理，得到切层数据，再将所述切层数据导入电子束选区快速成形设备中；步骤二、将TiAl合金粉末装入到电子束选区快速成形设备的粉仓中，然后对电子束选区快速成形设备的成形腔进行抽真空，采用电子束对成形腔中的成形基板进行预热；所述成形基板的预热的温度为1000℃～1100℃；步骤三、将步骤二中所述粉仓中的TiAl合金粉末均匀铺设在预热后的成形基板上，然后采用电子束对TiAl合金粉末进行预热；所述TiAl合金粉末预热的温度为1000℃～1100℃；步骤四、根据步骤一中导入到电子束选区快速成形设备中的切层数据，采用电子束对步骤三中预热后的TiAl合金粉末进行选区熔化扫描，形成单层实体片层；步骤五、重复步骤三和步骤四，直至各单层实体片层逐层堆积，形成电子束选区熔化成形件；步骤六、将步骤五中所述电子束选区熔化成形件冷却至60℃，然后取出冷却至室温，得到TiAl合金涡轮叶片。上述的一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法，其特征在于，步骤一中所述切片处理的每层切片的厚度为50μm～150μm。上述的一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法，其特征在于，步骤二中所述TiAl合金粉末通过气雾化法制备而得，所述气雾化法制备得到的TiAl合金粉末为球形或近球形，粒径小于150μm。上述的一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法，其特征在于，步骤二中所述TiAl合金粉末为Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末。上述的一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法，其特征在于，步骤二中所述抽真空的真空度不大于5×10-2Pa。上述的一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法，其特征在于，步骤二中所述成形基板预热时的电子束扫描速度为11000mm/s～13000mm/s，电子束扫描电流为35mA～40mA。上述的一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法，其特征在于，步骤三中所述TiAl合金粉末预热时的电子束扫描速度为11000mm/s～14000mm/s，电子束扫描电流为30mA～35mA，预热次数为5～10次。上述的一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法，其特征在于，步骤四中所述选区熔化扫描时电子束扫描速度为1500mm/s～2500mm/s，电子束扫描电流为20mA～25mA。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术采用电子束选区快速成形法制备TiAl合金涡轮叶片，通过对成形基板和TiAl合金粉末的预热，控制TiAl合金涡轮叶片的成形温度在稳定范围内，减少了TiAl合金涡轮叶片的内部热应力，使组织性能趋于均一，避免了内部组织不均匀导致的TiAl合金涡轮叶片变形和断裂现象，增强了TiAl合金涡轮叶片强度和塑性的匹配性。2、本专利技术采用高能量的电子束对TiAl合金粉末进行选区熔化，TiAl合金粉末的熔化速度较快，熔池尺寸较小，凝固时间较短，TiAl合金涡轮叶片内部的温差较小，有效减少了TiAl合金涡轮叶片的微观偏析，有利于形成了细小、均匀的片层组织，提高了TiAl合金涡轮叶片的致密度。3、本专利技术的电子束选区快速成形过程中保持高真空环境，避免了氧含量对合金性能的影响，减少了TiAl合金涡轮叶片的氧化，进一步提高了TiAl合金涡轮叶片的性能。4、本专利技术中TiAl合金粉末熔化烧结充分，层间结合良好，制备得到的TiAl合金涡轮叶片表面无明显气孔和未溶粉末，成形精度和致密度均较高；TiAl合金涡轮叶片组织由片层状(α+γ)相构成，两相尺寸细小，且两相分布均匀，提高了叶片的综合性能。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。附图说明图1是本专利技术实施例1建立的涡轮叶片三维模型。图2是本专利技术实施例1制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金涡轮叶片的照片。图3是本专利技术实施例1制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金涡轮叶片的显微组织图。图4是本专利技术实施例2制备的TiAl合金涡轮叶片的照片。图5是本专利技术实施例3制备的TiAl合金涡轮叶片的照片。具体实施方式实施例1本实施例包括以下步骤：步骤一、首先利用CAD三维制图软件建立涡轮叶片的三维模型，如图1所示，然后利用BuildAssembler分层软件沿高度方向对涡轮叶片的三维模型进行切片处理，得到切层数据，再将所述切层数据导入电子束选区快速成形设备中；所述切片处理的每层切片的厚度为150μm；步骤二、将Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末装入到电子束选区快速成形设备的粉仓中，然后对电子束选区快速成形设备的成形腔抽真空至其真空度为5×10-2Pa，采用电子束将成形腔中的成形基板预热至1000℃；所述Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末通过气雾化法制备而得，所述气雾化法制备得到的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末为球形，粒径小于150μm；所述成形基板预热时的电子束扫描速度为13000mm/s，电子束扫描电流为40mA；步骤三、将步骤二中所述粉仓中的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末均匀铺设在预热后的成形基板上，然后采用电子束将Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末预热至1000℃；所述Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末预热时的电子束扫描速度为11000mm/s，电子束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、首先建立涡轮叶片的三维模型，然后沿高度方向对涡轮叶片的三维模型进行切片处理，得到切层数据，再将所述切层数据导入电子束选区快速成形设备中；步骤二、将TiAl合金粉末装入到电子束选区快速成形设备的粉仓中，然后对电子束选区快速成形设备的成形腔进行抽真空，采用电子束对成形腔中的成形基板进行预热；所述成形基板的预热的温度为1000℃～1100℃；步骤三、将步骤二中所述粉仓中的TiAl合金粉末均匀铺设在预热后的成形基板上，然后采用电子束对TiAl合金粉末进行预热；所述TiAl合金粉末预热的温度为1000℃～1100℃；步骤四、根据步骤一中导入到电子束选区快速成形设备中的切层数据，采用电子束对步骤三中预热后的TiAl合金粉末进行选区熔化扫描，形成单层实体片层；步骤五、重复步骤三和步骤四，直至各单层实体片层逐层堆积，形成电子束选区熔化成形件；步骤六、将步骤五中所述电子束选区熔化成形件冷却至60℃，然后取出冷却至室温，得到TiAl合金涡轮叶片。

【技术特征摘要】
1.一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、首先建立涡轮叶片的三维模型，然后沿高度方向对涡轮叶片的三维模型进行切片处理，得到切层数据，再将所述切层数据导入电子束选区快速成形设备中；步骤二、将TiAl合金粉末装入到电子束选区快速成形设备的粉仓中，然后对电子束选区快速成形设备的成形腔进行抽真空，采用电子束对成形腔中的成形基板进行预热；所述成形基板的预热的温度为1000℃～1100℃；步骤三、将步骤二中所述粉仓中的TiAl合金粉末均匀铺设在预热后的成形基板上，然后采用电子束对TiAl合金粉末进行预热；所述TiAl合金粉末预热的温度为1000℃～1100℃；步骤四、根据步骤一中导入到电子束选区快速成形设备中的切层数据，采用电子束对步骤三中预热后的TiAl合金粉末进行选区熔化扫描，形成单层实体片层；步骤五、重复步骤三和步骤四，直至各单层实体片层逐层堆积，形成电子束选区熔化成形件；步骤六、将步骤五中所述电子束选区熔化成形件冷却至60℃，然后取出冷却至室温，得到TiAl合金涡轮叶片。2.根据权利要求1所述的一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法，其特征在于，步骤一中所述切片处理的每层切片的厚度为50μm～150μm。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘楠，杨坤，王建，杨广宇，贾亮，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：陕西,61