异种金属整体叶盘增等材短流程制备方法技术

本申请涉及一种异种金属整体叶盘增等材短流程制备方法，包括以下步骤：通过热等静压，将粉末高温合金烧结得到轮盘件；通过激光熔化沉积，用镍基高温合金球形粉在轮盘件上制备叶片，以得到异种金属叶盘坯料，其中叶片具有柱状晶体的微观结构；通过真空等温锻造，利用模具分别在垂直于叶片的柱状晶体的生长方向上对叶片以及在轮盘件的轴向方向上对轮盘件进行挤压，以促进柱状晶体的生长并改善柱状晶体的取向的一致性，得到异种金属整体叶盘。该方法制备得到的叶盘综合性能优异，可大幅降低制备成本，显著缩短制备周期。显著缩短制备周期。显著缩短制备周期。

【技术实现步骤摘要】
异种金属整体叶盘增等材短流程制备方法


[0001]本申请涉及高温合金加工领域，具体涉及异种金属整体叶盘增等材短流程制备方法。

技术介绍

[0002]叶盘是航天航空发动机的核心热端部件，长期在高温、高压、高转速的恶劣环境服役，其性能对于发动机的可靠性和安全性具有决定性的作用。整体叶盘是为了满足高性能航空航天发动机而设计的新型结构件，其将叶片和轮盘形成一体，省去了传统连接中的榫头、榫槽及锁紧装置等，减少结构重量及零件数量，使发动机结构大为简化，现已在各国军用和民用航空发动机上得到广泛应用。异种金属整体叶盘的特征为定向晶或单晶叶片和细晶轮盘由异种材料构成，以分别满足盘心高断裂强度和低周疲劳性能，盘缘及叶片高的高温蠕变强度的服役需求，从而更大程度地发挥异种材料各自的性能优势，使异种材料整体叶盘具有更优越的服役性能。
[0003]目前整体叶盘普遍采用整体加工或焊接方法制造而成。通过整体机械加工制备整体叶盘的方法，受限于异种金属叶盘坯料的制备较为困难，无法进行异种金属整体叶盘的制备。整体机械加工制备同种材料整体叶盘，也存在材料浪费巨大，加工周期较长，制造成本较高等问题。通过线性摩擦焊方法将定向柱状晶体或单晶叶片焊接在金属轮盘件上的工艺方法，是目前制备异种金属叶盘的主要方法。但是焊接法需按照性能要求提前制备出柱状晶体或单晶叶片，叶片制造加工复杂，制备周期长，成本高，焊接质量控制难度也较大，容易造成轮盘/叶片界面缺陷，影响叶盘服役性能。
[0004]申请号为201710500208.3的专利技术专利申请公开了一种异种金属双性能钛合金整体叶盘制造方法，其在轮盘锻件基础上采用电子束熔丝沉积增材制造方法制造叶片毛坯，然后机械加工或电解加工至设计尺寸。在锻件上采用各种金属增材技术进行增材的类似技术方案也例如见于马建凯等的“锻造
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增材复合制造Ti
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6Al
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4V合金结合区显微组织及力学性能[J].金属学报，2021，57(10)：1246
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1257”、何晓娣的“基于TA15钛合金锻材的激光复合制造工艺性能研究[D].沈阳：沈阳航空航天大学，2019”和王亚辉等的“基于增材制造和锻造复合成形的TC4钛合金组织和性能研究[J].稀有金属，2021，45(8)：897
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904”。这些方案基本上都针对于钛合金的增材，锻造部分和增材部分之间的材料区别较小。此外，增材制造技术制备耐高温叶片过程中，虽然在材料沉积方向存在天然温度梯度，增材制造叶片易形成细小柱状晶体组织，但晶粒一致性较差，柱状晶体尺寸较小，缺陷较多，与定向凝固叶片的组织一致性和耐高温性能存在显著差距。
[0005]Jun Jiang等在“An integrated method for net
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shape manufacturing components combining 3D additive manufacturing and compressive forming processes(一种结合3D增材制造和压缩成形工艺的网状制造部件的集成方法)[J].Procedia Engineering,2017,207:1182
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1187”中提出一种3D打印与热锻复合的工艺方法，首先采用激光选区熔化增材制造工艺制备了316L试样，然后在锻造温度900℃，压缩速
率10mm/s条件下，对增材后的试样施加厚度方向30
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40％的变形。在对增材进一步进行锻造的类似技术方案也例如见于Catalin I.Pruncu,Christopher Hopper等学者的“Study of the Effects of Hot Forging on the Additively Manufactured Stainless Steel Preforms(热锻对增材制造不锈钢预制件影响的研究)[J]，Journal ofManufacturing Processes,2020,57:668
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676”、Christopher Hopper,Catalin I.Pruncu等的“The effects of hot forging on the preform additive manufactured 316stainless steel parts(热锻对预成型增材制造316不锈钢零件的影响)[J],Micron,2021,143:1
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9”、Irina Sizova,Markus Bambach等学者的“Hot workability and microstructure evolution of pre
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forms for forgings produced by additive manufacturing(增材制造锻件预成型件的热加工性和显微组织演变)[J],Journal of Materials Processing Tech,2018,256:154
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159”、Markus Bambach和Irina Sizova的“Hot working behavior of selective laser melted and laser metal deposited Inconel 718(选择性激光熔化和激光金属沉积Inconel 718的热加工行为).AIP Conference Proceedings,2018,170001
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170001
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6”、黎宇航的“镦拔增材制造金属基纳米复合材料成形件的性能及表征[D].秦皇岛，燕山大学，2017”和熊逸博，郑志镇等的“多向锻造对电弧熔丝增材制造300M钢微观组织及拉伸性能的影响[J].锻压技术，2021，46(7)：1
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6”。这些方法通过在较高温度下热压缩增材制造的材料，或在高温或常温下对增材制造材料进行锻造，以细化原本在增材过程中形成的粗大晶粒，消除材料各向异性，消除增材部分的气孔等缺陷，改善组织性能均匀性，从而改善了整体部件机械性能和疲劳寿命的目的。但是，这些方案并未考虑到晶粒细化对高温性能的负面影响，与粗大柱状晶体或单晶高温合金叶片的设计初衷相悖，并不适用于异种材料叶盘中叶片的制造。
[0006]齐宝路，张安峰等在“激光定向生长修复DZ125L柱状晶体叶片力学性能研究[J].中国激光，2015，42(6)：0603002”中，提出了在定向凝固DZ125L基板表面激光沉积DZ125L材料，然后对沉积材料进行固溶时效处理后，增材形成的细小柱状晶体会明显长大。然而，其制备得到叶片的晶粒取向仍与定向凝固的叶片的柱状晶体差距明显。王普强，王豫跃等在“热处理对LMD TC4组织、力学性能及各向异性的影响[J].中国激光，2021，48(10)：1102116”中，对激光沉积TC4合金进行热处理，研究发现经固溶处理后初生α相粗化，但强度经固溶时效处理后降低。以上方法也本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异种金属整体叶盘增等材短流程制备方法，包括以下步骤：通过热等静压，将粉末高温合金烧结得到轮盘件；通过激光熔化沉积，用镍基高温合金球形粉在所述轮盘件上制备叶片，以得到异种金属叶盘坯料，其中所述叶片具有柱状晶体的微观结构；通过真空等温锻造，利用模具分别在垂直于所述叶片的所述柱状晶体的生长方向上对所述叶片以及在所述轮盘件的轴向方向上对所述轮盘件进行挤压，以促进所述柱状晶体的生长并改善所述柱状晶体的取向的一致性，得到异种金属整体叶盘。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述粉末高温合金选自粉末高温合金FGH4095、FGH4096、FGH4097，所述镍基高温合金球形粉选自DZ系粉末。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述粉末高温合金的粒径为50
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150μm，所述镍基高温合金球形粉的粒径为50
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150μm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在用所述镍基高温合金球形粉在所述轮盘件上制备叶片之前，对所述镍基高温合金球形粉进行干燥。5.根据权利要求1所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟月雯，羊浩，贺小毛，
申请(专利权)人：北京机电研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：