一种制备Ti制造技术

本发明专利技术是一种制备Ti

【技术实现步骤摘要】
一种制备Ti2ALNb/Ti60双合金盘的方法
本专利技术是一种制备Ti2ALNb/Ti60双合金盘的方法，属于热加工

技术介绍
航空发动机推重比的提高使得部件服役性能提升和自身减重问题变得愈加突出。作为发动机中重要的转动部件，压气机盘工况特点对盘件提出了剪裁性能要求：轮缘与叶片相连，工作温度高，但承受应力小，要求材料具有高的蠕变性能和断裂韧性；轮毂与轴相连，工作温度较低，但承受着轮盘旋转带来的较大的离心力，要求材料具有高的强度、塑性和低周疲劳强度。性能剪裁要求对盘件制造技术提出了巨大挑战。目前国内外普遍使用镍基变形高温合金制备高压压气机盘，存在结构重量大，性能难剪裁等问题。采用高性能轻质材料和高效能剪裁结构制备双合金-双性能盘成为高压压气机盘研制的内在需求。Ti2AlNb/Ti60双合金盘根据盘件的性能要求和减重需求针对性选材，集成了轻质高温结构材料Ti2AlNb合金蠕变性能高、断裂韧性好与钛合金中温强度高、塑性好的优势，可在一定的温度/应力梯度下工作，对于挖掘盘件的材料和结构潜力具有颠覆性意义。对于双合金盘，连接界面是盘体最薄弱环节，界面无陷连接是Ti2AlNb/Ti60双合金盘研制的关键。国内前期采用电子束焊接工艺或电子束焊接+锻造工艺制备的Ti2AlNb/Ti60双合金盘存在接头缺陷难控制与组织结构不理想等问题，表现为：①Ti2AlNb可焊性差，电子束焊接难以避免微裂纹、气孔等缺陷；②电子束焊接时焊缝深宽比大，狭长焊缝在锻造变形时易失稳，界面平直度难控制；③焊缝铸态粗晶与析出相偏析(熔池偏析导致)很难通过有限的锻造变形实现完全的均匀化和组织细化。两种合金结合区的“弱连接”问题未得到有效解决，严重制约盘件的研制与应用，Ti2AlNb/Ti60双合金盘研制急需新工艺、新方法。
技术实现思路
本专利技术正是针对现有技术中存在的不足而设计提供了一种制备Ti2ALNb/Ti60双合金盘的方法，该方法采用粉-固热等静压扩散连接+等温锻造工艺制备Ti2AlNb/Ti60双合金盘，其目的是解决电子束焊接+锻造工艺制备双合金盘存在的界面缺陷、组织结构与平直度难控制的技术难题，采用本方法制备的Ti2AlNb/Ti60双合金盘界面无缺陷且具有较好的平直度和组织状态，可满足航空发动机压气机盘剪裁性能要求和部件减重需求。本专利技术的技术解决方案如下：该种制备Ti2ALNb/Ti60双合金盘的方法的加工过程是通过对双合金粉-固锭坯进行热等静压，得到双合金锻造预制坯，再对双合金锻造预制坯进行锻造后得到双合金盘，最后进行固溶时效热处理，其特征在于：在双合金锻造预制坯的结构尺寸设计之前，首先对Ti2AlNb粉末合金与热等静压态Ti60合金坯料分别开展热模拟压缩试验，构建各自的材料本构模型，然后将双合金锻造预制坯的结构尺寸和两种材料本构模型导入有限元仿真软件对锻造过程进行模拟仿真，根据仿真结果反复优化双合金锻造预制坯几何结构进行迭代仿真计算，直至将锻造后的双合金界面的弧度拉直，以此确定并匹配双合金锻造预制坯结构尺寸及变形工艺。在一种实施中，在双合金锻造预制坯的结构尺寸基础上预留热压实收缩量，逆向确定双合金粉-固锭坯的结构尺寸。在一种实施中，所述双合金界面的弧度是指双合金锻造预制坯竖直剖面上双合金界面的弯曲。在一种实施中，对双合金粉-固锭坯进行热等静压的温度设定在Ti2AlNb合金相变点以下30℃～80℃，压力为100MPa～150MPa，时间为1h～3h。在一种实施中，对双合金锻造预制坯进行锻造的锻造温度为980℃-1030℃，应变速率为10-4S-1～1S-1。在一种实施中，对锻造后的双合金盘进行固溶时效热处理的固溶温度为960℃～990℃，时间2h～4h，油冷或空冷；时效温度700℃～800℃，时间8h～24h，空冷。在一种实施中，在制备双合金粉-固锭坯时，将Ti60合金坯料并通过定位台阶与钢质包套配合组装，焊接包套并清洗内部，然后通过包套装粉嘴装入Ti2AlNb合金粉末，振实，抽真空，封焊，形成双合金粉-固锭坯。在一种实施中，该方法的步骤如下：步骤一、构建材料本构模型：加工钢质包套并经装粉、振实，抽真空，封焊制备Ti2AlNb粉末锭，对其进行热等静压制备Ti2AlNb粉末合金，热等静压过程随炉放置锻态的Ti60合金坯料，针对以上Ti2AlNb粉末合金与热等静压态Ti60合金坯料分别开展热模拟压缩试验，构建各自的材料本构模型；步骤二、锻造工艺设计：根据双合金盘结构尺寸设计双合金盘锻件，根据锻件几何结构设计双合金锻造预制坯几何结构，将该锻造预制坯几何结构和两种材料本构模型导入有限元仿真软件对锻造过程进行模拟仿真，根据仿真结果反复优化锻造预制坯几何结构并进行迭代仿真计算，直至锻件成形时双合金连接界面具备较好的平直度，以此确定锻造预制坯几何结构与变形工艺的匹配设计；步骤三、双合金粉-固锭坯设计与制备：在锻造预制坯几何结构基础上预留合适的热压实收缩量，逆向确定双合金粉-固锭坯几何结构。在此基础上加工Ti60合金坯料和钢质包套，通过定位结构实现二者装配后焊接包套，清洗并烘干后装入Ti2AlNb合金粉末，振实，抽真空，封焊，形成粉-固锭坯；步骤四、热等静压制备双合金锻造预制坯：对粉-固锭坯进行热等静压，热等静压温度在Ti2AlNb合金相变点以下30℃～80℃，压力100MPa～150MPa，时间1h～3h，热等静压后扒皮、平端面、车外圆得到双合金锻造预制坯；步骤五、双合金盘锻造：按照步骤(2)确定的变形工艺对双合金锻造预制坯进行等温锻造，得到双合金盘锻件，等温锻造工艺为：锻造温度980℃-1030℃，应变速率10-4S-1～1S-1；步骤六、对双合金盘锻件进行固溶+时效热处理，固溶时效热处理工艺为：固溶温度960℃～990℃，时间2h～4h，油冷或空冷；时效温度700℃～800℃，时间8h～24h，空冷。本专利技术具有的特点和有益效果是：本专利技术主要针对真空电子束焊接+锻造工艺制备Ti2AlNb/Ti60双合金盘存在的材料可焊性差、界面缺陷、平直度与组织难控制等技术难题，采用粉-固热等静压扩散连接+等温锻造工艺制备Ti2AlNb/Ti60双合金盘，弥补了Ti2AlNb/Ti60双合金盘研制工艺和方法上的不足。本专利技术方法的基本原理是通过构建组元合金的材料本构模型，采用有限元模拟仿真手段实现锻造预制坯几何结构与变形工艺的匹配设计，据此逆向设计双合金粉-固锭坯结构。基于以上设计，加工包套以实现双合金粉-固组坯，实施热等静压工艺实现双合金粉-固扩散连接，获得双合金锻造预制坯，然后进行等温锻造实现对盘坯特别是结合界面的改性强化。最后优化选取匹配两种合金的热处理制度以在较大程度上实现两种合金性能，达到双合金-双性能的设计和使用要求。该方法的优点是：一、粉-固热等静压扩散连接通过合金粉末颗粒级的流动接触与固化连接可有效地消除双合金结合面缺陷，解决了Ti2AlNb合金可焊性差的技术难题，双合金界面完整性好；二、采用有限元仿真可实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备Ti

【技术特征摘要】
1.一种制备Ti2ALNb/Ti60双合金盘的方法，该方法是通过对双合金粉-固锭坯进行热等静压，得到双合金锻造预制坯，再对双合金锻造预制坯进行锻造后得到双合金盘，最后进行固溶时效热处理，其特征在于：在双合金锻造预制坯的结构尺寸设计之前，首先对Ti2AlNb粉末合金与热等静压态Ti60合金坯料分别开展热模拟压缩试验，构建各自的材料本构模型，然后将双合金锻造预制坯的结构尺寸和两种材料本构模型导入有限元仿真软件对锻造过程进行模拟仿真，根据仿真结果反复优化双合金锻造预制坯几何结构进行迭代仿真计算，直至将锻造后的双合金界面的弧度拉直，以此确定并匹配双合金锻造预制坯结构尺寸及变形工艺。


2.根据权利要求1所述的制备Ti2ALNb/Ti60双合金盘的方法，其特征在于：在双合金锻造预制坯的结构尺寸基础上预留热压实收缩量，逆向确定双合金粉-固锭坯的结构尺寸。


3.根据权利要求1所述的制备Ti2ALNb/Ti60双合金盘的方法，其特征在于：所述双合金界面的弧度是指双合金锻造预制坯竖直剖面上双合金界面的弯曲。


4.根据权利要求1所述的制备Ti2ALNb/Ti60双合金盘的方法，其特征在于：对双合金粉-固锭坯进行热等静压的温度设定在Ti2AlNb合金相变点以下30℃～80℃，压力为100MPa～150MPa，时间为1h～3h。


5.根据权利要求1所述的制备Ti2ALNb/Ti60双合金盘的方法，其特征在于：对双合金锻造预制坯进行锻造的锻造温度为980℃-1030℃，应变速率为10-4S-1～1S-1。


6.根据权利要求1所述的制备Ti2ALNb/Ti60双合金盘的方法，其特征在于：对锻造后的双合金盘进行固溶时效热处理的固溶温度为960℃～990℃，时间2h～4h，油冷或空冷；时效温度700℃～800℃，时间8h～24h，空冷。


7.根据权利要求1所述的制备Ti2ALNb/Ti60双合金盘的方法，其特征在于：在制备双合金粉-固锭坯时，将Ti60合金坯料...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，林莺莺，李伟，于勇，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11