燃气涡轮发动机压气机盘钛合金双金属制造方法技术

一种燃气涡轮发动机压气机盘钛合金双金属制造方法，预先将两种毛坯分别进行等温自由锻变形，获得所需要不同组织和力学性能；然后用真空电弧焊接方法把两个不同耐热钛合金初步结合，再共同进行等温模锻变形；紧接着对等温锻件进行形变热处理。本发明专利技术使用两种不同性能高温钛合金组合制备发动机压气机盘坯，保证了盘材料高水平梯度力学性能、质量最小化并保证使用可靠性。证使用可靠性。证使用可靠性。

【技术实现步骤摘要】
燃气涡轮发动机压气机盘钛合金双金属制造方法


[0001]本专利技术涉及的是一种航空发动机制造领域的技术，具体是一种燃气涡轮发动机压气机盘具有梯度性能双金属钛合金制造方法。

技术介绍

[0002]飞机燃气涡轮发动机压气机盘和涡轮盘零件重量对轴和固定支撑件的质量和尺寸有很大影响，最终影响到整个动力系统。现有的钛铝基合金块体制备技术，通过热压烧结方式制备得到的钛铝合金材料，不能解决压气机盘梯度性能要求；现有的TC17钛合金锻造技术则无法适用于双金属合成叶
‑
盘梯度性能。目前使用一种合金制造，满足不了压气机盘
‑
叶片不同性能要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种燃气涡轮发动机压气机盘钛合金双金属制造方法，使用两种不同性能高温钛合金组合制备发动机压气机盘坯，保证了盘材料高水平梯度力学性能、质量最小化并保证使用可靠性。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]本专利技术预先将两种毛坯分别进行等温自由锻变形，获得所需要不同组织和力学性能；然后用真空电弧焊接方法把两个不同耐热钛合金初步结合；再共同进行等温模锻变形；紧接着对等温锻件进行形变热处理。
[0006]所述的等温自由锻变形，加热后在液压机上等温自由锻造，具体为：对TC8合金毛坯锻造在单相区进行；对于由TC25合金作为叶片部位毛坯，为了获得多循环疲劳阻力和蠕变，在β
‑
区预等温变形以形成均匀的再结晶组织β
‑/>相，随后在两相区终锻变形形成球状
‑
片状α
‑
相，各区域变形量控制在50％。
[0007]所述的等温模锻变形，将真空电弧焊接组合坯加热后进行闭式等温模锻。
[0008]所述的形变热处理，预先创建变形毛坯热处理温度场梯度，具体为：用绝缘隔热罩覆盖轮毂部分，控制轮毂加热在双相区(α+β)，轮缘加热到更高的温度β相区并共同淬火，从而得到轮毂区域细晶粒并保证获得高强度和良好塑性；轮缘由于温度更高，使再结晶晶粒长大，在单相区域淬火时，析出更多γ
’‑
相，这就保证了很高的耐热性。
[0009]优选地，将淬火后的组合坯置于有不同时长控制的时效炉中，对轮毂和轮缘分别时效不同时间，以期达到梯度性能。
[0010]所述的毛坯，即盘
‑
叶组合毛坯，其中：内盘部分采用TC8钛合金，叶片部分采用TC25耐高温钛合金。技术效果
[0011]本专利技术通过创造预先形变毛坯热处理温度场梯度，得到的过渡区域足够平滑和宽展，这与在真实零件中与应力渐进变化相匹配，制备的复合叶
‑
盘有梯度不同性能要求压气机组件，显著提高压气机盘可靠性和寿命，适用于由耐热钛合金制造压气机盘的梯度组织。
工艺保证降低劳动密集度到20
‑
25％，材料利用率提高30
‑
50％，这要看盘的直径大小和叶片数量，与现有分别采用不同合金制造盘
‑
叶技术相比，本专利技术由于减少了盘单个制造工序和压气机工作级叶片机械加工、装配量而得益。
附图说明
[0012]图1为研究钛合金组织与热变形温度和变形条件关系示意图；
[0013]图中：a为TC8，b为TC25；
①
在β
‑
区域变形，ε＝50％、
②
(α+β)
‑
区域变形，ε＝50％以及
③
先在β
‑
区域预变形ε＝50％，再在(α+β)
‑
区域变形ε＝50％后的示意图；
[0014]图2为实施例真空焊接后组合毛坯示意图；
[0015]图3为实施例压气机组合盘闭式等温模锻模具示意图；
[0016]图中：1下模板、2支撑块、3顶杆、4螺钉、5凹模、6锻件、7上模、8支撑块、9螺钉、10上模板、11感应加热装置、12热电偶；
[0017]图4为等温变形后锻件实物图；
[0018]图5为用形变热处理法在盘坯中梯度组织的形成示意图；
[0019]图中：a)为形变热处理淬火梯度加热炉局部放大示意图，b)为组合坯形变热处理淬火梯度加热炉内实景，c)具有不同时长控制时效时间的内炉装置；12热电偶、13绝缘罩、14热绝缘体、15等温模锻组合盘、16热绝缘可控温容器、17隔热材料、18冷却盘坯轮毂进气管道、19冷却盘坯轮毂排气管道；
[0020]图6为由盘
‑
盘组合坯连接处的试样示意图；
[0021]图中：a)为试样拉伸后，b)为连接区域显微组织。
具体实施方式
[0022]本实施例涉及一种燃气涡轮发动机压气机盘钛合金双金属制造方法，包括以下步骤：
[0023]步骤1)材料的选择：为了获得盘
‑
盘组合毛坯，选择两相(α+β)
‑
耐热钛合金TC8(Ti
‑
6Al
‑
3.5Mo
‑
0.25SiAl)，具有良好的热强性能和较高塑性制作盘，推荐工作温度450℃。制作叶片选择耐热钛合金TC25(Ti
‑
6.5Al
‑
1Sn
‑
1Zr
‑
2Mo
‑
1W
‑
0.2Si)，它是目前最佳制造燃气涡轮压气机叶片材料，与合金TC8相比提高了疲劳强度和耐热能力到500℃。合金TC8和TC25符合GJB2218A
‑
2008《航空发动机压气机叶片用TC8、TC25合金棒》。
[0024]步骤2)毛坯预等温变形：由这两种钛合金棒按需要长度锯下。加热后在液压机YDZ—D315等温自由锻造。锤头加热温度等同毛坯加热温度。TC8合金锻造在单相区进行，为了获得该合金小周期的疲劳阻力和蠕变，其组织是完全的再结晶片状β
‑
相。这种形式组织类型在两相合金TC8变形后在β
‑
区域空冷获得(图1a)。即在β
‑
区1020
‑
1050℃锻造；对于由TC25合金组合叶片部位坯，为了获得多循环疲劳阻力和蠕变，叶片材料必需是最佳成形组织，这个组织是球状或析出球状塑性α
‑
相。为了生成这种组织类型，优选在β
‑
区1020
‑
1050℃预等温变形以形成均匀的再结晶组织β
‑
相，随后在两相区(α+β)
‑
区880
‑
920℃终锻变形形成球状
‑
片状α
‑
相，等温区间在880～920℃，各区域变形量控制在50％，如图1b所示，每个阶段变形程度总合不低于50％。
[0025]步骤3)车削毛坯：将预等温变形后毛坯车去黑皮达到要求尺寸，外圈TC25坯内径
比TC8坯外径大8mm，端面倒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃气涡轮发动机压气机盘钛合金双金属制造方法，其特征在于，预先将两种毛坯分别进行等温自由锻变形，获得所需要不同组织和力学性能；然后用真空电弧焊接方法把两个不同耐热钛合金初步结合；再共同进行等温模锻变形；紧接着对等温锻件进行形变热处理；所述的等温自由锻变形，加热后在液压机上等温自由锻造，具体为：对TC8合金毛坯锻造在单相区进行；对于由TC25合金作为叶片部位毛坯，为了获得多循环疲劳阻力和蠕变，在β
‑
区预等温变形以形成均匀的再结晶组织β
‑
相，随后在两相区终锻变形形成球状
‑
片状α
‑
相，各区域变形量控制在50％。2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机压气机盘钛合金双金属制造方法，其特征是，所述的毛坯，即盘
‑
叶组合毛坯，其中：内盘部分采用TC8钛合金，叶片部分采用TC25耐高温钛合金。3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机压气机盘钛合金双金属制造方法，其特征是，所述的等温模锻变形，将真空电弧焊接组合坯加热后进行闭式等温模锻。4.根据权利要求1或2所述的燃气涡轮发动机压气机盘钛合金双金属制造方法，其特征是，具体包括：步骤1)材料的选择：为了获得盘
‑
盘组合毛坯，选择两相(α+β)
‑
耐热钛合金TC8，即Ti
‑
6Al
‑
3.5Mo
‑
0.25SiAl制作盘，选择耐热钛合金TC25，即Ti
‑
6.5Al
‑
1Sn
‑
1Zr
‑
2Mo
‑
1W
‑
0.2Si制作叶片；步骤2)毛坯预等温变形：将两种钛合金棒按需锯下加热后在液压机上等温自由锻造，压机上装有中频感应加热装置加热砧块，具体为：锤头加热温度等同毛坯加热温度，TC8合金锻造在单相区进行，即在β
‑
区1020
‑
1050℃锻造；对于由TC25合金组合坯叶片部位，为了获得多循环疲劳阻力和蠕变，即球状或析出球状塑性α
‑
相，为了生成这种组织类型，在β
‑
区1020
‑
1050℃预等温变形以形成均匀的再结晶组织β
‑
相，随后在两相区(α+β)
‑
区880
‑
920℃终锻变形形成球状
‑
片状α
‑
相...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，袁秦峰，梁必成，王以华，
申请(专利权)人：浙江申吉钛业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：