本发明专利技术公开了一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘制备方法及装置，包括包套体，其上方依次设有锥形筛和储粉器；锥形筛的锥形面由内圈锥面和外圈锥面组成，外圈锥面沿周向均匀布设有若干个筛缝，每个筛缝的宽度由内向外随着锥形筛直径线性增大，储粉器内不同粒度的金属粉末先经内圈锥面向下流动、再通过外圈锥面的筛缝进行筛选，使落入包套腔室内的金属粉末沿包套腔室径向由内向外、粒度由小到大连续变化；另外发明专利技术人基于该制备装置设计了制备方法。本发明专利技术有效的解决现有技术难以制备高品质双性能粉末涡轮盘的技术难点，提高了生产效率的同时保证了产品的质量，该制备方法操作简便，制备装置成本低，实用性强，便于推广普及。便于推广普及。便于推广普及。
【技术实现步骤摘要】
一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘制备方法及装置
[0001]本专利技术属于航空发动机涡轮盘制造
，具体涉及一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘制备方法及装置。
技术介绍
[0002]航空发动机涡轮盘在工作时因其不同部位承受的温度与应力状态不同，具体如盘毂(涡轮盘中部)处于高应力状态，应力沿着其盘径向外逐渐降低，而盘缘(涡轮盘外部)处于高温度状态，温度沿盘径向内逐渐降低。因此，高性能的涡轮盘其盘毂部位应具有优异的屈服强度和低周疲劳性能，而盘缘部位应具有优异的高温持久强度和蠕变强度。众所周知，从微观组织状态研究，粗晶（粒度大的金属粉末）有利于提高材料的蠕变和持久性能，而细晶（粒度小的金属粉末）有利于增强材料的塑性、疲劳性能和屈服强度等。因而，双性能粉末涡轮盘应运而生，其盘毂部位是细晶组织，盘缘部位是粗晶组织，是一种具有双重组织的高性能粉末涡轮盘。
[0003]目前，双性能粉末涡轮盘的制造较为成熟的工艺主要有以下三种：第一种工艺首先是通过热等静压制备得到金属粉末坯体，然后通过等温锻造制得均匀细晶的涡轮盘，最后对均匀细晶的涡轮盘进行梯度热处理得到双性能粉末涡轮盘。这种工艺在进行梯度热处理时，要求涡轮盘的盘毂和盘缘之间的温度差高达300～600℃，因此需要在特制的热处理炉进行，工艺要求较高，不但制造成本较高，且制造过程比较复杂，与此同时，由于涡轮盘自身的热传导效应，要长时间保持涡轮盘的盘毂和盘缘之间较大的温度差很困难，对专用设备的要求极高，以致最终得到的双性能粉末涡轮盘的性能不高，品质不是很理想。
[0004]第二种工艺首先制备得到细晶金属粉末坯体，然后对细晶金属粉末坯的盘毂部位与辐板部位进行热锻，对盘缘部位只加热不锻造。此种工艺中，由于盘缘部位只加热不锻造，因此盘缘部位在制造过程中不变形，容易存在大量疏松空隙等缺陷，导致产品质量很差，不能满足双性能粉末涡轮盘的使用性能，且合格率较低，成本也较高。
[0005]最后一种获得双性能粉末涡轮盘的方法是，先用两种不同的材料分别锻造(或铸造或金属粉末压实)出环坯和饼坯，然后通过热等静压扩散连接或电子束焊接加等温模锻而成双性能粉末涡轮盘。然而此种工艺由于其粗晶环坯和细晶饼坯的连接界面存在突然的变化，此工艺制备的技术难点在于如何解决两种材料（即环坯和饼坯）结合区的“弱连接”问题，因为“弱连接”部位极易形成双性能粉末涡轮盘的裂纹源，对于高度强调安全性的航空发动机来说，这是个致命隐患。
[0006]有鉴于此，本专利技术人提出一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘制备方法及装置，以克服现有技术的缺陷。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘制备方法及装置，采用该制备方法及装置解决了现有技术制备双性能粉末涡轮盘
时过程复杂、成本高以及“弱连接”等原因引起的质量差的问题。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案来解决的：一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘的制备装置，包括包套体，所述包套体上方开口处安装有锥形筛，所述锥形筛的上方设置有储粉器；其中，所述包套体中部预留有通孔，所述通孔的孔壁与包套体的内壁共同构成用于放置金属粉末的包套腔室，所述包套腔室的形状与预要制备的双性能粉末涡轮盘外轮廓相同，所述包套腔室顶部开口；所述锥形筛的锥形面由内圈锥面和外圈锥面两部分组成，所述内圈锥面的最大外径与通孔孔壁的外径相同，所述外圈锥面沿周向均匀布设有若干个筛缝，每个所述筛缝的宽度由内向外随着锥形筛直径的增加线性增大，所述储粉器底部开设有下粉口，所述下粉口位于内圈锥面的正上方，当下粉口打开时，储粉器内盛放的不同粒度的金属粉末先经内圈锥面均匀向下流动、再流入到外圈锥面上开设的筛缝中进行筛选，使落入包套腔室内的金属粉末粒度由小到大、沿包套腔室由内向外径向连续分布。
[0009]进一步地，所述外圈锥面上、任意相邻所述筛缝之间的连接面设置为圆弧状或者三角状的凸起，用于使不同粒度的金属粉末只能沿筛缝运动、并最终落入包套腔室内。
[0010]进一步地，所述制备装置还包括包套盖，所述包套盖扣合在包套腔室顶部、并与包套腔室密封连接。
[0011]进一步地，所述包套盖上安装有抽气管、且所述抽气管位于包套腔室顶部开口处，用于将包套腔室内部抽真空。
[0012]进一步地，所述筛缝最小宽度大于等于金属粉末最小粒度的直径，所述筛缝最大宽度大于金属粉末最大粒度的直径。
[0013]一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘的制备方法，该方法基于上述制备装置，具体包括以下步骤：步骤一、先将不同粒度的金属粉末分批次装入储粉器中；步骤二、打开储粉器底部的下粉口，金属粉末按照粒度大小依次落入包套腔室中相应位置；打开储粉器底部的下粉口，不同粒度的金属粉末先经过内圈锥面均匀向下流动、再通过外圈锥面的筛缝进行筛选，使粒度小的金属粉末从靠近包套体中心的小筛缝落入包套腔室中内圈位置，粒度偏大的金属粉末从相应较大筛缝落入包套腔室中外圈位置，即落入包套腔室内部的金属粉末按照粒度由小到大、沿包套腔室由内向外径向连续分布；步骤三、重复步骤一和步骤二直至整个包套腔室内部装满金属粉末，盖上包套盖并封焊；步骤四、对封焊好的包套腔室再进行抽真空、加热除气以及最后的焊接密封处理；步骤五、先对步骤四焊接密封后的包套腔室进行热等静压处理，再机加工去除包套体，然后对金属粉末进行相应的热处理，即得到晶粒尺寸从盘毂至盘缘连续变大的双性能粉末涡轮盘。
[0014]进一步地，所述步骤一中金属粉末采用粒度为15～250μm单合金金属粉末或双合金金属粉末。
[0015]进一步地，所述步骤四中，对包套腔室进行抽真空、加热除气处理时，真空度小于5
×
10
‑4Pa，保温温度450℃，保温时间8h。
[0016]进一步地，所述步骤五中，对包套腔室进行热等静压处理时，热等静压温度设定为1200
±
10℃，压力150
±
10MPa，保温保压时间不少于5h；机加工去除包套体后、再对金属粉末进行固溶热处理：设定温度为1200
±
10℃，保温8h，风冷；一级时效：设定温度为910
±
10℃，保温3h，风冷；二级时效：设定温度为850
±
10℃，保温10h，风冷：三级时效：设定温度为800
±
10℃，保温18h，风冷。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘制备方法及装置，采用本专利技术制备的双性能粉末涡轮盘，能够从宏观上保证其从盘毂至盘缘晶粒尺寸从小到大呈连续变化，且无明显的突变现象，即盘毂部位是细晶（粒度小的金属粉末）组织，盘缘部位是粗晶（粒度大的金属粉末）组织，且晶粒尺寸连续线性变化。另外经过实际验证，相同热处理的条件下，采用本专利技术制备的双性能粉末涡轮盘其盘毂具有优异的屈服强度和低周疲劳性能，盘缘部位具有优异的高温持久强度和蠕变强度，其次本专利技术可制备单合金金属粉末或双合金金属粉末本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘的制备装置，包括包套体（4），其特征在于，所述包套体（4）上方开口处安装有锥形筛（2），所述锥形筛（2）的上方设置有储粉器（1）；其中，所述包套体（4）中部预留有通孔（41），所述通孔（41）的孔壁与包套体（4）的内壁共同构成用于放置金属粉末（5）的包套腔室（42），所述包套腔室（42）的形状与预要制备的双性能粉末涡轮盘外轮廓相同，所述包套腔室（42）顶部开口；所述锥形筛（2）的锥形面由内圈锥面（21）和外圈锥面（22）两部分组成，所述内圈锥面（21）的最大外径与通孔（41）孔壁的外径相同，所述外圈锥面（22）沿周向均匀布设有若干个筛缝（221），每个所述筛缝（221）的宽度由内向外随着锥形筛（2）直径的增加线性增大，所述储粉器（1）底部开设有下粉口（11），所述下粉口（11）位于内圈锥面（21）的正上方，当下粉口（11）打开时，储粉器（1）内盛放的不同粒度的金属粉末（5）先经内圈锥面（21）均匀向下流动、再流入到外圈锥面（22）上开设的筛缝（221）中进行筛选，使落入包套腔室（42）内的金属粉末（5）粒度由小到大、沿包套腔室（42）由内向外径向连续分布。2.根据权利要求1所述的一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘的制备装置，其特征在于，所述外圈锥面（22）上、任意相邻所述筛缝（221）之间的连接面设置为圆弧状或者三角状的凸起，用于使不同粒度的金属粉末（5）只能沿筛缝（221）运动、并最终落入包套腔室（42）内。3.根据权利要求1所述的一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘的制备装置，其特征在于，所述制备装置还包括包套盖（3），所述包套盖（3）扣合在包套腔室（42）顶部、并与包套腔室（42）密封连接。4.根据权利要求3所述的一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘的制备装置，其特征在于，所述包套盖（3）上安装有抽气管（31）、且所述抽气管（31）位于包套腔室（42）顶部开口处，用于将包套腔室（42）内部抽真空。5.根据权利要求1所述的一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘的制备装置，其特征在于，所述筛缝（221）最小宽度大于等于金属粉末（5）最小粒度的直径，所述筛缝（221）最大宽度大于金属粉末（5）最大粒度的直径。6.一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘的制备方法，其特征在于，基于权利要求1～5任一项所述的制备装置，包括以下步骤：步骤一、先将不同粒度的金属...
【专利技术属性】
技术研发人员：权利要求书二页说明书七页附图二页，
申请(专利权)人：西安欧中材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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