[发明专利]一种铸造钛合金制造的热机械部件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸造热机械部件的方法，所述热机械部件用β或者α/β钛合金制成。本发明还涉及一种制造热机械部件的方法，该方法包括铸造方法。

本发明还涉及一种热机械部件，该部件由该铸造方法或由制造方法产生，所述的热机械部件经过β-铸造的α/β合金铸造，具有细小且均匀的显微组织，晶粒尺寸达到50～100微米(μm)数量级。

本发明还涉及一种包括这种热机械部件的涡轮机。

具体而言，但是以非限制的方式，本发明应用于涡轮机的旋转部件，例如圆盘、耳轴和叶轮，尤其是应用于高压压缩机的圆盘，尤其是应用于集成有叶片的转子(IBRs)。典型地这种旋转部件具有大于10mm的厚度，或者甚至20mm或者30mm。

本发明涉及各种类型的温度稳定的钛合金：β类或者α/β类钛合金(在这里这些术语指的是制造完成的部件的结构)。

本发明更具体地涉及到被称为“β-铸造的α/β合金”合金的钛合金，在这里提到的“α/β”对应于部件的显微结构，也就是，对应于钛的α和β相共存，部件经过铸造成形。铸造方法具体包括通过冲压将钛合金变形为β域的最后步骤。

钛合金的β域对应于温度高于β转换温度(transus temperature)T_β，在这里低于β转换温度T_β的温度对应于α/β域。

背景技术

现在，本申请的申请人使用的制造高压的压缩机圆盘的技术中，包括IBRs，对应于下面说明的图1所示的铸造方法。

最初，浇铸得到的钛合金锭被转变为具有任意想要的形状的坯锭，通常是圆柱形。

这样的坯锭构成了半成品，是通过熔化母合金一次或者多次然后浇铸成一个锭而得到的，该锭本身是应用精确地热力循环铸造的(它不对应于本发明的铸造方法)，进行这个过程是为了减小锭的截面，同时得到具有可控的冶金和尺寸特性的坯锭。

举例说明，熔化操作(s)是使用下面的技术之一完成的：真空电弧重熔法(VAR)，电子束冷炉膛精炼法(EBCHR)，或者等离子熔炼法(PAM)。

然后该坯锭经受图1用温度图所示的铸造方法，坯锭经受的温度是照时间的函数。

作为一般(但不总是)的规则，首先进行的第一铸造步骤包括一个或多个中间铸造操作或者称“毛坯铸造”。

在这种毛坯铸造期间，首先从t₀到t₁的时间里，坯锭被从环境温度T₀加热到低于β转换温度T_β的温度T₁，(参考a)。通常，这个温度T₁达到β转换温度减去60℃(T_β-60℃)，这个温度上升时间取决于坯锭的体积，例如，对于一个直径200mm的坯锭需要2小时。

其后，从t₁到t₂的时间里，坯锭维持在温度T₁(参考b)，相应的时间周期大约1小时，或者更多，以保证组成坯锭的所有材料已经达到温度T₁，在进行的铸造操作流程(forging operation proper)(参考c)之前，也就是从t₂到t₃的期间，相应的持续时间为几十秒对坯锭挤压(冲压)，捶打，轧制，...等热塑性变形方法，从而形成毛坯。在这个铸造操作期间，该毛坯是在环境空气中，因此部件表面自然冷却几十度而部件核心冷却了一点或者甚至升高了几度，这取决于部件的体积和铸造条件，尤其取决于变形的速度。

最后，为了完成铸造毛坯，在从t₃到t₄的时间里，毛坯被冷却(参考d)到环境温度T₀，相应的周期大约为几十分钟。