一種鎳基雙合金整體葉盤的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鎳基合金材料及其制造技術領域，具體為一種鎳基雙合金整體葉盤的制造方法。
【背景技術】
[0002]鎳基雙合金整體葉盤是飛機輔助動力裝置的熱鍛關鍵部件，是發動機轉子制造技術的發展方向之一。該結構不但可以減輕渦輪重量，免除高精度加工和裝配要求，還可以發揮盤轂與葉片兩種材料的性能優勢，提高工作壽命和可靠性。
[0003]目前鎳基雙合金整體葉盤的制備是采用熱等靜壓擴散連接工藝方法實現的，具體是首先采用熱等靜壓及等溫鍛造工藝制備出粉末高溫合金渦輪盤，采用精密鑄造工藝澆鑄出葉片環，再將渦輪盤與葉片環緊密配合后經過一次熱等靜壓擴散焊，實現盤轂與葉片的冶金結合。這種工藝方法的主要缺點在于，一是鑄造葉片環需要制備模具，研制成本高、周期長。二是熱等靜壓擴散焊工藝不穩定，盤轂與葉片材料之間的擴散不均勻、不充分，存在缺陷，不能實現良好的冶金結合。
[0004]激光快速成形技術可在無需任何硬質模具的情況下，直接利用計算機進行三維設計，制造出實體零件或原型，能夠實現高性能復雜結構、致密金屬零件的直接成形。但受光斑尺寸限制，對于大體積簡單結構成形堆積所需時間長、效率低，不利于發揮該技術的優勢。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提出一種鎳基雙合金整體葉盤的組合制造方法，彌補傳統工藝的不足，同時其滿足長壽命、高可靠性的使用要求。
[0006]本發明技術方案的具體內容是:
[0007]該方法的步驟是:
[0008](1)通過氬氣霧化方法分別制備鎳基雙合金整體葉盤的盤轂和葉片兩種鎳基合金粉末，盤轂粉末用于熱等靜壓，葉片粉末用于激光快速成形；
[0009](2)將盤轂粉末通過熱等靜壓制備出錠坯，然后采用等溫鍛造制備出盤轂鍛坯；
[0010](3)采用機械加工方法，在盤轂邊緣加工出凸臺，機械加工盤轂時除凸臺外，其它部分不留加工余量，凸臺的外緣與盤轂同心，凸臺長度和寬度，與同一位置葉片尺寸相當，凸臺高度為2?3mm ；
[0011](4)采用激光快速成形工藝，以盤轂凸臺為基底，將葉片粉末進行逐層熔覆堆積，獲得近似葉片形狀的成形體；
[0012](5)對已成型的整體葉盤進行熱處理；
[0013](6)按零件圖紙對整體葉盤進行最終精細機械加工，去除葉片與凸臺多余的材料。
[0014]本發明具有的優點和有益效果
[0015]本發明采用熱等靜壓、等溫鍛造技術及激光快速成形技術組合制造鎳基雙合金整體葉盤，與現有技術相比具有以下優點:(1)成本低、周期短，無需葉片鑄造模具，消除傳統鑄造工藝復雜、工序繁多的缺點，后續機械加工余量小，從原材料到零件的整個制造周期短；(2)高柔性、易操作，激光成形設備整體自動化水平高，全程計算機控制，制造智能化、數字化；(3)界面冶金結合良好，激光成形可實現盤轂與葉片材料的快速熔化和凝固，消除傳統擴散焊工藝不同材料之間擴散不均勻、不充分、存在缺陷的缺點；(4)成形件內部質量高，激光快速成形可獲得細小、均勻、致密的組織，消除鑄造工藝縮孔、縮松、夾雜、成分偏析、組織粗大等缺點，綜合力學性能優越。(5)設計凸臺為葉片的激光快速成形提供基底，可使激光成形界面薄弱區避開葉片與盤轂連接處的高應力集中區。因此，將熱等靜壓技術與激光快速成形技術組合使用，是一種制造鎳基雙合金整體葉盤的可靠的新途徑。
【附圖說明】
[0016]圖1是一種典型飛機發動機鎳基雙合金渦輪整體葉盤結構的示意圖；
[0017]圖2是采用熱等靜壓及等溫鍛造工藝制備鎳基雙合金整體葉盤盤轂的示意圖；
[0018]圖3是現有技術采用精密鑄造工藝澆鑄的葉片環示意圖；
[0019]圖4是經過機械加工后在邊緣加工出凸臺的盤轂示意圖；圖中標號:1 一凸臺長度；2—凸臺寬度；3—凸臺高度；
[0020]圖5是采用激光快速成形工藝獲得近凈成形的整體葉盤示意圖。圖中標號:4一盤轂，5一葉片。
【具體實施方式】
[0021]以下將結合實例對本發明技術方案作進一步詳述:
[0022]該方法的步驟是:
[0023](1)通過氬氣霧化方法制備鎳基雙合金整體葉盤盤轂、葉片兩種鎳基合金粉末，盤轂粉末用于熱等靜壓，葉片粉末用于激光快速成形；
[0024](2)將盤轂粉末通過熱等靜壓制備出錠坯，然后采用等溫鍛造制備出盤轂鍛坯；
[0025](3)采用機械加工方法，在盤轂邊緣加工出凸臺，為后續激光快速成形葉片提供基底，機械加工盤轂時除凸臺其它部分不留加工余量，凸臺的外緣與盤轂同心，凸臺長度和寬度，與同一位置葉片尺寸相當，凸臺高度為2?3mm，使激光成形界面避開葉片與盤轂轉角處的高應力集中區；
[0026](4)采用激光快速成形工藝，以盤轂凸臺為基底，將葉片粉末進行逐層熔覆堆積，獲得近似葉片形狀的成形體；
[0027](5)對已成型的整體葉盤進行熱處理；
[0028](6)按零件圖紙對整體葉盤進行最終精細機械加工，去除葉片與凸臺多余的材料。
[0029]實施例
[0030]圖1是一種典型飛機發動機鎳基雙合金渦輪整體葉盤結構，盤轂材料為FGH96合金，葉片材料為K418B合金，如果采用傳統熱等靜壓擴散焊工藝方法，需要采用精密鑄造工藝澆鑄出圖3所示葉片環，然后將圖2所示熱等靜壓成型的渦輪盤與葉片環緊密配合后經過一次熱等靜壓擴散焊，形成整體葉盤，這種工藝方法工序繁多復雜，制造周期長、成本高，工藝穩定性低，盤轂與葉片材料之間的擴散不均勻，容易出現缺陷。
[0031](1)通過氬氣霧化方法制備鎳基雙合金整體葉盤盤轂FGH96合金粉末和葉片K418B合金粉末，盤轂粉末用于熱等靜壓，葉片粉末用于激光快速成形，粉末粒度范圍100目?325目；
[0032](2)將盤轂粉末通過熱等靜壓制備出錠坯，然后采用等溫鍛造制備出盤轂鍛坯，盤轂尺寸為Φ 130 X 40mm ；
[0033](3)采用機械加工方法，在盤轂邊緣加工出圖4所示的凸臺，為后續激光快速成形葉片提供基底，機械加工盤轂時除凸臺其它部分不留加工余量，共32個凸臺均勻分布在盤轂外緣，凸臺的外緣與盤轂同心，凸臺長度1為40mm，寬度2為10mm，與同一位置葉片尺寸相當，凸臺高度3為2_，使激光成形界面避開葉片與盤轂轉角處的高應力集中區；
[0034](4)采用激光快速成形工藝，以盤轂4的凸臺為基底，將葉片粉末進行逐層熔覆堆積成葉片5，獲得圖5所示的近似葉片形狀的成形體；
[0035](5)對已成型的整體葉盤進行熱處理；
[0036](6)按零件圖紙對整體葉盤進行最終精細機械加工，去除葉片與凸臺多余的材料，獲得圖1所示整體葉盤。
[0037]與現有技術相比，采用本發明所述的熱等靜壓、等溫鍛造與激光快速成形工藝組合制造鎳基雙合金整體葉盤，兩種材料之間界面冶金結合良好，性能達到指標要求，過程操作簡單，制造周期縮短。
【主權項】
1.一種鎳基雙合金整體葉盤的制造方法，其特征在于:該方法的步驟是: (1)通過氬氣霧化方法分別制備鎳基雙合金整體葉盤的盤轂和葉片兩種鎳基合金粉末，盤轂粉末用于熱等靜壓，葉片粉末用于激光快速成形； (2)將盤轂粉末通過熱等靜壓制備出錠坯，然后采用等溫鍛造制備出盤轂鍛坯； (3)采用機械加工方法，在盤轂邊緣加工出凸臺，機械加工盤轂時除凸臺外，其它部分不留加工余量，凸臺的外緣與盤轂同心，凸臺長度和寬度，與同一位置葉片尺寸相當，凸臺高度為2?3mm ； (4)采用激光快速成形工藝，以盤轂凸臺為基底，將葉片粉末進行逐層熔覆堆積，獲得近似葉片形狀的成形體； (5)對已成型的整體葉盤進行熱處理； (6)按零件圖紙對整體葉盤進行最終精細機械加工，去除葉片與凸臺多余的材料。
【專利摘要】本發明屬于鎳基合金材料及其制造技術領域，具體為一種鎳基雙合金整體葉盤的制造方法。制造成本低、無需葉片鑄造模具，消除傳統鑄造工藝復雜、工序繁多的缺點，后續機械加工余量小，從原材料到零件的整個制造周期短；界面冶金結合良好，激光成形可實現盤轂與葉片材料的快速熔化和凝固，消除傳統擴散焊工藝不同材料之間擴散不均勻、不充分、存在缺陷的缺點；成形件內部質量高，激光快速成形可獲得細小、均勻、致密的組織，消除鑄造工藝縮孔、縮松、夾雜、成分偏析、組織粗大等缺點，綜合力學性能優越。設計凸臺為葉片的激光快速成形提供基底，可使激光成形界面薄弱區避開葉片與盤轂連接處的高應力集中區。
【IPC分類】B22F3/04, B22F3/105, B22F3/17, B22F5/04
【公開號】CN105312563
【申請號】CN201510737582
【發明人】杜博睿, 張學軍, 陳冰清, 孫兵兵, 郭紹慶, 李能, 李萬青
【申請人】中國航空工業集團公司北京航空材料研究院
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年11月3日