[发明专利]一种单合金双性能梯度功能钛合金压气机盘制造方法

说明书

一种单合金双性能梯度功能钛合金压气机盘制造方法，将TC11钛合金轧板置入惰性气体保护箱，装卡后封箱，将箱内气氛中的氧含量降至50PPm以下，采用高精度双路同轴送粉系统进行钛合金激光沉积，按照沉积轨迹直到盘毂区域熔覆完成，激光工艺参数为激光功率：1800‑5000W；扫描速度：6.5mm/s；光斑直径：3‑4mm；搭接率：40%；送粉速率：8‑15g/min；对上述经过激光沉积的钛合金锻件进行锻压，选用弧面点式压头，设置压头的压下量为0.3‑0.35mm，在计算机控制下，沿激光沉积钛合金锻件上表面，逐点连续实施小面积锻压，将盘毂区域熔覆材料全部锻压完成。重复上述步骤直到过渡区和盘缘区域的熔覆和锻压完成。本方法能够实现双组织/双性能钛合金压气机盘过渡区域的组织与性能的梯度渐变。

技术领域

本发明涉及一种单合金双性能梯度功能钛合金压气机盘制造方法。

背景技术

钛合金压气机盘是航空发动机中关键的核心部件之一，其服役条件极为苛刻，飞行中的频繁启动-停车，使盘毂承受巨大的循环离心力作用，要求其有足够高的拉伸力学性能和低周疲劳性能，而高温工作下的盘缘，则要求其有足够高的持久、抗蠕变强度和优异的抗裂纹扩展能力。单一合金组织/性能显然难以同时满足上述条件对压气机盘的服役性能要求，为充分发挥材料潜力，减轻压气机盘重量，提高航空发动机推重比，单合金双组织/双性能钛合金压气机盘的研究和制造成为重要发展方向。

C.C.Chen首先在α+β相区和β相区分别锻出具有等轴α+β组织Ti-6242饼坯和具有网篮状组织的Ti-6242环坯，经电子束焊接成为组合的预成形坯，最终等温模锻成形出满足性能要求的双组织/双性能钛合金压气机盘；GessingerGH、西北工业大学姚泽坤教授等通过预备热处理使不等厚毛坯整体获得针状马氏体组织，然后对盘毂和盘缘施以不同程度的等温锻造变形，经再结晶退火后，最终得到盘毂和盘缘分别为等轴α+β组织和网篮组织的双组织/双性能钛合金压气机盘。上述两种工艺的目的是根据钛合金不同组织具备不同力学性能的特点，在盘毂部位形成等轴α+β组织，提高其拉伸力学性能和低周疲劳性能，满足低温、高应力的服役环境要求；在盘缘部位形成网篮组织，使其具有足够高的持久、抗蠕变强度和优异的抗裂纹扩展能力，满足高温、低应力的工作状况要求。

随着高推重比、高机动性先进飞行器技术的发展，钛合金压气机盘盘毂和盘缘之间的服役环境差异越来越大，更加苛刻的工作条件要求钛合金压气机盘在具备双组织/双性能的同时，进一步还要求在盘毂和盘缘之间实现组织和性能梯度渐变，避免因性能突变导致过渡区域的“弱连接”，使过渡区域成为损伤、断裂的危险区，影响双组织/双性能钛合金压气机盘的服役性能。但是，如何在组织与性能差异巨大的盘毂和盘缘之间过渡区域实现组织与性能梯度渐变是单合金双性能梯度功能钛合金压气机盘制造面临的挑战性难题。

等温锻造是航空发动机钛合金压气机盘的主要制造技术，双组织/双性能极大优化了钛合金压气机盘的性能，但钛合金变形抗力大、变形温度高、热加工工艺窗口窄，采用等温锻造制造双组织/双性能钛合金压气机盘，有着工艺流程长、工艺复杂的缺点，不仅工艺设备造价高，而且工艺设备多，使得双组织/双性能钛合金压气机盘制造周期长、制造成本高，更主要的是，等温锻造对双组织/双性能钛合金压气机盘过渡区域组织与性能的调控能力非常有限，难以实现双组织/双性能钛合金压气机盘过渡区域的组织与性能的梯度渐变。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种利用分区域连续点式锻造激光快速成形的方式来实现双组织/双性能钛合金压气机盘过渡区域的组织与性能的梯度渐变的一种单合金双性能梯度功能钛合金压气机盘制造方法。

本发明采用的技术方案如下：