一种钛基复合材料整体叶盘的近净成形工艺制造技术

一种钛基复合材料整体叶盘的近净成形工艺，通过熔炼得到Ti55合金铸锭，并以雾化法将其制成Ti55合金粉末；将Ti55合金粉末与TiB2颗粒按比例充分混合后装入石墨模具；通过热压烧结制备出TiB

【技术实现步骤摘要】
一种钛基复合材料整体叶盘的近净成形工艺


[0001]本专利技术属于钛基复合材料加工领域，具体涉及到一种钛基复合材料整体叶盘的近净成形工艺。

技术介绍

[0002]随着航天高马赫飞行器飞行速度、军用涡扇发动机推重比的不断提高，新一代航空发动机构件设计对减重提出了越来越高的要求，并且构件服役温度越来越高。钛基复合材料的密度(～4.6g/cm3)与传统钛合金相当，相同使用温度下其可强度提高～150MPa，因此钛基复合材料是新一代武器装备耐热部件理想的轻质结构材料。攻克高温高强钛基复合材料整体叶盘的制备技术，可提高涡扇发动机的制备水平，也可为航天高马赫飞行器的轻量化设计要求提供研制基础。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种以Ti55合金为基体，TiB为增强相的钛基复合材料整体叶盘的近净成形技术，该工艺可以直接通过热压烧结成形获得疲劳性能优良的TiB
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Ti55复合材料整体叶盘坯料，具体技术方案如下：
[0004]一种钛基复合材料整体叶盘的近净成形工艺，具体步骤如下：
[0005]步骤一：通过熔炼得到Ti55合金铸锭，并以雾化法将其制成Ti55合金粉末；
[0006]步骤二：将Ti55合金粉末与TiB2颗粒按比例充分混合后装入石墨模具；
[0007]步骤三：通过热压烧结制备出TiB
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Ti55复合材料整体叶盘坯料，烧结温度为1200℃～1500℃，压力为100Mpa～200Mpa，烧结时间为4h～12h；
[0008]步骤四：在β相变点以下10℃～50℃，对TiB
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Ti55复合材料整体叶盘坯料进行热等静压处理，压力为120～MPa 180MPa，在氩气的保护环境下保温保压2h～8h；
[0009]步骤五：在无氩气的保护环境下，加热至540℃～560℃，TiB
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Ti55复合材料整体叶盘坯料在5MPa～15MPa压力下保温15h～50h后空冷。
[0010]所述的一种钛基复合材料整体叶盘的近净成形工艺，其优选方案为，步骤一种，所述Ti55合金铸锭雾化后，选用平均粒径为80μm～150μm的Ti55合金粉末与平均粒径为1μm～10μm的TiB2颗粒按比例充分混合后装入石墨模具。
[0011]所述的一种钛基复合材料整体叶盘的近净成形工艺，其优选方案为，步骤二中，所述TiB
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Ti55复合材料整体叶盘中添加TiB2占比为1wt.％～5wt.％。
[0012]所述的一种钛基复合材料整体叶盘的近净成形工艺，其优选方案为，TiB
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Ti55复合材料整体叶盘完成上述加工后进行表面打磨抛光，去除氧化层的氧化层并保留渗透氧层。
[0013]本专利技术与现有技术相比具有的优点和有益效果：
[0014]1)本专利技术采用中科院金属所在电子浓度规律基础上自主设计，宝钛集团和北京621所参与研制的一种Ti
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Al
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Sn
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Zr
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Mo
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Si
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Nd系近α型高温钛合金Ti55合金为基体，该合金
已通过多种装备的试车考核并接近成熟，在航空和航天领域均得到应用，是钛基复合材料优选基体合金；
[0015]2)本专利技术中TiB
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Ti55复合材料整体叶盘在无氩气的保护环境下进行了加压退火处理，表面形成梯度渗氧组织，使试样表面至基体的强度缓慢过渡，提高了TiB
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Ti55复合材料整体叶盘抗疲劳能力。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例1中的TiB
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Ti55复合材料整体叶盘显微组织照片。
具体实施方式
[0017]实施例1：
[0018]根据图1所示，原材料采用0～1级海绵钛，合金元素Sn、Mo、Si、Nb和Ta以中间合金形式加入，Al部分由中间合金带入，不足部分以纯Al加入；Zr以海绵Zr的形式加入；上述材料经配料、混料后用压机压制成电极；将电极组焊在一起，在真空自耗炉中熔炼3次，制备得到成分为Ti
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5.2Al
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3.5Sn
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3.0Zr
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1.1Mo
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0.4Ta
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0.4Nb
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0.25Si的Ti55合金铸锭。
[0019]通过氩气雾化法制备Ti55合金粉末，与质量分数为3wt.％的TiB2颗粒充分混合后装入石墨模具进行热压烧结，烧结温度为1350℃，压力为150Mpa，烧结时间为8h。通过金相法测量材料相变点为1020℃。
[0020]在990℃，160MPa压力下对TiB
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Ti55复合材料整体叶盘坯料进行热等静压处理，在氩气的保护环境下保温保压8h。随后在无氩气的保护环境下，加热至550℃，TiB
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Ti55复合材料整体叶盘坯料在5～15MPa压力下保温15h～50h后空冷。处理后进行表面打磨抛光，去除氧化层的氧化层并保留渗透氧层。最终得到直径1000mm，高度150mm的TiB
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Ti55复合材料整体叶盘。
[0021]表1实施例1中TiB
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Ti55复合材料整体叶盘弦向拉伸性能
[0022][0023]表2实施例1中TiB
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Ti55复合材料整体叶盘弦向疲劳性能
[0024][0025]从以上实施例可以看出，本专利技术制备的TiB
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Ti55复合材料整体叶盘不仅具有均匀的显微组织，其力学性能也有其独到之处。不仅具有较高的室温及高温强度，室温强度在1200MPa以上，600℃高温强度在700MPa以上。同时保持着较高的抗疲劳性能，室温疲劳极限达到550MPa以上，600℃高温疲劳极限达到400MPa以上。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛基复合材料整体叶盘的近净成形工艺，其特征在于，具体步骤如下：步骤一：通过熔炼得到Ti55合金铸锭，并以雾化法将其制成Ti55合金粉末；步骤二：将Ti55合金粉末与TiB2颗粒按比例充分混合后装入石墨模具；步骤三：通过热压烧结制备出TiB
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Ti55复合材料整体叶盘坯料，烧结温度为1200～1500℃，压力为100～200Mpa，烧结时间为4h 12h；步骤四：在β相变点以下10℃～50℃，对TiB
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Ti55复合材料整体叶盘坯料进行热等静压处理，压力为120MPa～180MPa，在氩气的保护环境下保温保压2h～8h；步骤五：在无氩气的保护环境下，加热至540℃～560℃，TiB
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【专利技术属性】
技术研发人员：孙昊，赵子博，王清江，刘建荣，李楠，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：