[发明专利]一种航空发动机单合金双性能涡轮盘及其制备方法

权利要求书

1.一种航空发动机单合金双性能涡轮盘的制备方法，其特征在于，包括：

S1：利用三维制图软件构建单合金双性能涡轮盘的三维模型；

S2：将三维模型从近涡轮轴侧向外依次划分为盘芯区域、辐板区域和盘缘区域，并在三维模型上进行区域标记；

S3：利用分层软件对区域标记后的三维模型沿高度方向进行切割分层，获得N个片层模型；每个片层模型均包含区域标记；

S4：沿三维模型的高度方向，从最底层片层模型开始，采用电子束熔融方式重复进行N次电子束扫描，冷却，获得单合金双性能涡轮盘；

所述电子束扫描具体为：

根据当前片层模型对TiAl合金粉末进行电子束扫描，包括：

S41：将成形基板置于成形腔内的工作台中部，在粉仓内装满TiAl合金粉末，开启真空泵以使成形腔的真空压力值在5×10^-4mbar 以下；

S42：利用非聚焦电子束对成形基板进行预热；

S43：将工作台降低50~200μm，利用刮粉器从粉仓内取TiAl合金粉末，并控制刮粉器划过整个工作台，以在工作台上形成一层粉末层；

S44：利用非聚焦电子束对粉末层进行预热；

S45：根据当前片层模型，利用聚焦电子束对粉末层进行电子束扫描，包括轮廓扫描和成形区域扫描，先进行轮廓扫描，再按照区域标记依次对盘缘区域、辐板区域和盘芯区域进行成形区域扫描；

所述成形区域扫描的工作电流和扫描速度，盘缘区域大于辐板区域，辐板区域大于盘芯区域；所述成形区域扫描的参数为：

盘缘区域，工作电流6~8mA，电子束扫描速度2000~2500mm/s，扫描间距0.1mm；辐板区域，工作电流5~7mA，电子束扫描速度1800~2000mm/s，扫描间距0.1mm；盘芯区域，工作电流4~6mA，电子束扫描速度1500~2000mm/s，扫描间距0.1mm；

所述单合金双性能涡轮盘由TiAl合金组成；所述单合金双性能涡轮盘从近涡轮轴侧向外依次包括盘芯、辐板和盘缘，所述盘芯为双态组织，所述盘缘为全层片组织，所述辐板为双态组织与全层片组织的过渡态。

2.如权利要求1所述的航空发动机单合金双性能涡轮盘的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述片层模型的厚度为50~150µm。

3.如权利要求1所述的航空发动机单合金双性能涡轮盘的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，所述TiAl合金粉末的粒径为50~150μm。

4.如权利要求1所述的航空发动机单合金双性能涡轮盘的制备方法，其特征在于，在步骤S42中，所述预热的具体过程为：

设定成形基板的预热参数：电子束扫描速度为20000~30000mm/s，电子束流为20~40mA，扫描间距0.1~0.3mm；

在设定的预热参数下对成形基板进行预热，当成形基板的温度达到500~700℃时，在500~700℃下保温5~15min；

继续升温，当成形基板的温度达到1000~1200℃时，在1000~1200℃下保温20~30min。

5.如权利要求1所述的航空发动机单合金双性能涡轮盘的制备方法，其特征在于，在步骤S44中，所述预热的具体过程为：

设定粉末层的预热参数：电子束扫描速度为15000～20000mm/s，工作电流为10~35mA，扫描间距0.1~0.4mm，预热次数为3~5次；

在设定的预热参数下对粉末层进行预热，以使粉末层的温度达到1000~1200℃。

6.如权利要求1所述的航空发动机单合金双性能涡轮盘的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，所述轮廓扫描的参数为：电子束扫描速度为250mm/s，工作电流为4mA，扫描间距0.2mm，扫描次数为2次。

7.如权利要求1所述的航空发动机单合金双性能涡轮盘的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，所述冷却具体为：

当电子束扫描区域的温度降至210~280℃时，向电子束扫描区域通入氦气以加速冷却。