一种GH4065A和GH4169同种、异种材料多级转子组件及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种GH4065A和GH4169同种、异种材料多级转子组件及其热等静压近净成形制备方法，通过将多级转子组件分为两种合金区域，对不同合金区域在热等静压前填充粉末时就通过冷压方法压实，在热等静压后通过对两种不同合金区域及异种材料结合区进行分区固溶热处理和时效处理，所制备得到的转子组件在结构形式上可以自由组合，不受组件级数限制；最终的转子组件为一次热等静压成形，结合面组织均匀性好，多级转子整体性能高，实现了GH4065A和GH4169合金同种、异种材料多级转子组件的精益制造，提升了转子的使用性能；并且本发明专利技术的方法对预压制体采用冷压成型，既能够避免混粉又降低了采用大型焊接设备的制备成本，并且还缩短了制备工艺流程，降低了制备难度。降低了制备难度。降低了制备难度。

【技术实现步骤摘要】
一种GH4065A和GH4169同种、异种材料多级转子组件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机转子制造技术，尤其涉及一种异种合金多级转子组件及其制备方法。

技术介绍

[0002]航空发动机转子在高温、高压、高转速下运转工作，零件承受热载荷、气动载荷和离心载荷等，对于转子组件的综合性能提出了更高的要求。一方面随着发动机推重比的提高，盘件的使役温度也在不断提高，因此，粉末高温合金GH4065A合金、低成本GH4169合金也被逐渐应用到航空发动机盘转动件中，例如高压压气机盘、高压涡轮盘等。另一方面，为了减轻结构重量、增强结构可靠性，航空发动机转子向轻量化、一体化方向发展，不同材料组合的转子也由此带来了一体化连接的问题。
[0003]在多级转子一体化方面，目前应用最广的工艺是通过焊接实现多级转子组件的连接。在焊接方法的选择上，由于GH4169和GH4065A在材料成分、组织性能上差异很大，不能直接采用焊接工艺进行连接，目前对于钛合金和高温合金转子组件之间的连接方式采用的螺栓连接。但螺栓连接增加了转子组件的重量、降低了连接可靠性，从而增加了发动机的整体重量、降低发动机效率。
[0004]近年来，热等静压近净成形技术日趋成熟，该技术是将热等静压致密化和近净成形工艺过程控制相结合，能够为后续机械加工、等温锻造或热处理过程提供所需形状、尺寸和组织的热制毛坯。
[0005]热等静压近净成形工艺与典型转子组件的焊接工艺相比具有以下优势：
[0006]1)组织均匀、力学性能高：热等静压近净成形零件的致密度高，成分均匀，组织中没有宏观成分偏析，因此综合力学性能优异可达到锻件水平，高于焊接接头的力学性能。
[0007]2)减少机加工工序：与采用锻件进行机加工相比，热等静压近净成形零件工艺过程相对简单，仅在组件中进行组合加工，减少了转子组件在焊接前的加工工序。
[0008]3)设备简单：热等静压近净成形技术主要利用热等静压设备，避免了大型焊接设备、尤其是大型惯性摩擦焊设备的使用，解决焊接设备资源紧张的问题。
[0009]4)适用于各种结构：针对各种结构，尤其是复杂结构，均可以通过热等静压近净成形工艺进行制备。
[0010]5)制造成本低：热等静压近净成形零件材料利用率高，工艺过程相对简单，工艺周期短，降低了制造成本。
[0011]采用热等静压近净成形技术制备GH4065A和GH4169合金同种、异种材料多级转子组件，需采用GH4065A和GH4169两种合金粉末，但在粉末状态下进行结合时，GH4065A和GH4169两种粉末在界面处存在混粉、混粉后的成分分布难以控制，无法保证结合面处的成分、组织和性能。另外，GH4065A和GH4169两种合金的热处理制度也不同，为整个组件的热等静压工艺参数选择提出了更高的要求。
[0012]因此，针对GH4065A和GH4169合金同种、异种材料多级转子组件，需要对多级转子组件的制备方法进行改进以解决上述问题。

技术实现思路

[0013]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种GH4065A和GH4169合金同种、异种材料多级转子组件的制备方法，使多级转子部分之间结合面组织均匀性好、整体性能高，同时制备成本相对较低。
[0014]为了解决以上问题，根据本专利技术的第一个方面，提供了一种GH4065A和GH4169同种、异种材料多级转子组件的制备方法，所述转子组件具有由GH4065A合金制成的第一盘体区和由GH4169合金制成的第二盘体区，所述第一盘体区具有至少一级转子部分，所述第二盘体区具有至少一级转子部分，所述制备方法包括以下步骤：
[0015]设计所述转子组件的每级转子部分的预制体；
[0016]制备每级所述预制体的包套，每级所述包套在与相邻包套连接位置设有包套接口；
[0017]从最末级所述包套开始将所述包套与前级包套在所述包套接口处焊接，在焊接前对待焊接的两级所述包套中的后级包套填充合金粉末并冷压压实，在焊接第一级所述包套前对第一级所述包套填充合金粉末并冷压压实，从而获得各级依次连接的转子组件预制体；
[0018]对所述转子组件预制体进行温度1160
‑
1235℃、压力135
‑
175MPa、时间为1.5
‑
3.5h的热等静压处理，获得转子组件毛坯；
[0019]对所述转子组件毛坯去除所述包套；
[0020]对所述转子组件毛坯的所述第一盘体区和所述第二盘体区分区进行热处理，其中所述第一盘体区和所述第二盘体区的结合区域与所述第一盘体区一起进行热处理，从而获得转子组件。
[0021]优选的，所述第一盘体区的所述至少一级转子部分为连续设置，所述第二盘体区的所述至少一级转子部分为连续设置。
[0022]优选的，所述第一盘体区位于所述第二盘体区的前级。
[0023]优选的，所述第二盘体区位于所述第一盘体区的前级。
[0024]优选的，所述第一盘体区包括两级转子部分，所述第二盘体区包括一级转子部分。
[0025]优选的，对最末级所述包套填充合金粉末并冷压压实时，同时对第一级所述包套填充合金粉末并冷压压实。
[0026]优选的，所述热处理包括固溶处理，对所述第一盘体区和所述结合区域进行的固溶处理为在温度1040℃至1080℃范围内保温1小时至3小时后进行空冷或炉冷，同时对所述第二盘体区进行的固溶处理为在温度950℃至980℃范围内保温1小时至3小时后进行空冷。
[0027]优选的，所述热处理还包括时效处理，所述时效处理在所述固溶处理后进行，对所述第一盘体区和所述结合区域进行的时效处理为在温度740℃至770℃范围内保温6小时至12小时后进行空冷，同时对所述第二盘体区进行的时效处理为在温度705℃至735℃范围内保温7小时至9小时、在温度605℃至635℃范围内保温7小时至9小时后进行空冷。
[0028]优选的，在所述热处理步骤后还包括：
[0029]对所述转子组件毛坯进行探伤检查；以及
[0030]对所述转子组件毛坯进行组合加工和去应力处理。
[0031]根据本专利技术的第二个方面，提供了一种GH4065A和GH4169同种、异种材料多级转子组件，所述转子组件具有由GH4065A合金制成的第一盘体区和由GH4169合金制成的第二盘体区，所述第一盘体区具有至少一级转子部分，所述第二盘体区具有至少一级转子部分，所述转子组件采用如前述的制备方法制备。
[0032]本专利技术通过将多级转子组件分为两种合金区域，对不同合金区域在热等静压前填充粉末时通过冷压方法压实，在热等静压后通过对两种不同合金区域及异种材料结合区进行分区热处理，有效解决了GH4065A、GH4169两种成分的粉末在界面处如何实现结合以及两种材料热处理制度不统一的问题。与现有技术相比，本专利技术采用的多级发动机转子的热等静压净近成形方法，所制备得到的转子在结构形式上可以通过自由组合，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GH4065A和GH4169同种、异种材料多级转子组件的制备方法，所述转子组件具有由GH4065A合金制成的第一盘体区和由GH4169合金制成的第二盘体区，所述第一盘体区具有至少一级转子部分，所述第二盘体区具有至少一级转子部分，所述制备方法包括以下步骤：设计所述转子组件的每级转子部分的预制体；制备每级所述预制体的包套，每级所述包套在与相邻包套连接位置设有包套接口；从最末级所述包套开始将所述包套与前级包套在所述包套接口处焊接，在焊接前对待焊接的两级所述包套中的后级包套填充合金粉末并冷压压实，在焊接第一级所述包套前对第一级所述包套填充合金粉末并冷压压实，从而获得各级依次连接的转子组件预制体；对所述转子组件预制体进行温度1160
‑
1235℃、压力135
‑
175MPa、时间为1.5
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3.5h的热等静压处理，获得转子组件毛坯；对所述转子组件毛坯去除所述包套；对所述转子组件毛坯的所述第一盘体区和所述第二盘体区分区进行热处理，其中所述第一盘体区和所述第二盘体区的结合区域与所述第一盘体区一起进行热处理，从而获得转子组件。2.一种如权利要求1所述的转子组件制备方法，其特征在于，所述第一盘体区的所述至少一级转子部分为连续设置，所述第二盘体区的所述至少一级转子部分为连续设置。3.一种如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一盘体区位于所述第二盘体区的前级。4.一种如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第二盘体区位于所述第一盘体区的前级。5.一种如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国栋，张露，田成刚，南洋，杨超，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：