[发明专利]用于对金属部件进行高温成形的芯体以及制造方法

说明书

本发明涉及用于对由基于钛的合金制成的金属部件进行高温成形的金属芯体(20)。金属芯体(20)在要与金属部件接触的外表面上具有富含金属碳氮化物的材料的层。金属芯体(20)包含基于镍或钴的合金，且所述基于镍或钴的合金包含铬、钼和/或钛。本发明还涉及用于制造和再生金属芯体(20)的方法，且还涉及使用金属芯体(20)来制造金属部件的方法。

背景技术

本发明涉及用基于钛的合金制造金属部件，如涡轮叶片前缘防护件。

这种前缘防护件通常用于保护旋转叶片的前缘不被冲击损坏。本文中，术语“叶片”用于涵盖风扇叶片和航空器螺旋桨叶片。为了限制它们的重量，这种叶片通常由经过纤维强化的聚合物-基质复合材料制成。虽然这种材料在通常情况下展现出十分良好的机械品质，特别是相对于它们的重量，但它们对于点冲击特别敏感，具体而言，点冲击可在材料内部引发脱层现象。因此，一般在这种叶片的前缘安装由诸如钛合金这样的十分坚固的金属材料制成的防护件，以保护叶片不被冲击损坏。这种防护件通常呈净压力面翅片和净吸入面翅片的形态，所述净压力面翅片和净吸入面翅片通过跨越前缘放置的更厚的部分接合在一起，防护件紧密匹配叶片的前缘形状以及与前缘相邻的压力面部分和吸入面部分的形状。压力面翅片和吸入面翅片分别在叶片的那些压力面部分和吸入面部分上延伸，且它们主要起到将防护件定位并固定在前缘上的作用。

为了改善叶片的空气动力学性能，叶片的前缘被赋予越来越复杂的形状，从而导致紧密匹配叶片形状的防护件的制造更加复杂。

在一种方法中，主要通过以下方式来制造防护件：使用弯曲、锤击和挤压的连续步骤从合金条开始进行锻造，并且进行扭转的最终步骤，以移动翅片使其彼此更接近，且用于调整出更厚的部分。然而，对通常用于前缘防护件的如同钛合金一般坚固的材料应用上述已知方法存在以下主要缺点：高制造成本，所述高制造成本因锻造工具的显著磨损、数量众多的制造步骤、以及因实现翅片十分精细的厚度或翅片与更厚部分之间较小的过渡半径的高难度而引起的技术缺陷所导致。

文献WO 2011/114073描述了一种用于对芯体周围的防护件进行热成形的方法。可任选地使芯体被由氧化钇层制成的防扩散屏障覆盖。然而，需要利用等离子体沉积法来沉积该氧化钇层。这种技术的成本相对较高，且其可能难以得到在芯体的整个外表面上都均匀的层。特别是叶片、进而这些叶片的前缘越来越复杂的形状，也会导致其上成形有前缘的芯体本身具有更加复杂的形状。

另外，发现氧化钇层劣化得相对较快，进而限制了重复使用芯体的可能性。因此，这种方法的成本相对较高。

本发明的目的以及概要

本发明试图补救上述缺陷。

为此，本发明提供一种用于对基于钛的金属部件进行热成形的金属芯体，所述金属芯体包含基于镍或钴的合金，且所述基于镍或钴的合金包含铬、钼和/或钛，且所述金属芯体还在要与所述金属部件接触的外表面上存在层，所述层包含相对于所述合金富含金属碳氮化物的材料。

因为所述金属芯体包含基于镍或钴的合金，可对由基于钛的合金制成的金属部件(例如用于形成旋转叶片前缘的金属部件)进行热成形。利用金属部件的热塑性形变，即使是起始于特别坚硬以及尤其在高疲劳强度方面展现出特别有利的物理性质的金属板，这种热成形也能够起到制造具有复杂三维形状的部件的作用。具体而言，基于镍或钴的合金在高温(例如1000℃)下几乎或完全不发生形变。

另外，因为在要与金属部件接触的金属芯体外表面上存在富含金属碳氮化物的材料的层，能够在金属部件已热成形于金属芯体上之后，容易地使金属芯体与金属部件分离。特别是在热成形步骤中，在金属芯体与金属部件之间不存在粘连和/或化学反应。具体而言，金属部件是与富含金属碳氮化物的材料的层接触，而不是与形成金属芯体的基于镍或钴的合金接触。

该富含金属碳氮化物的材料的层相对于金属部件呈化学和物理惰性。其分散的碳化物和氮化物使得该层在金属芯体的合金与金属部件的基于钛的合金之间形成扩散屏障。这起到了限制金属芯体的基于镍或钴的合金的元素对由基于钛的合金制成的金属部件的污染的作用。