[发明专利]一种大尺寸TC17钛合金β锻整体叶盘锻件制备方法

说明书

本发明涉及一种大尺寸TC17钛合金β锻整体叶盘锻件制备方法，包括：将TC17钛合金棒材按倍尺下料成棒坯；将棒坯普通模锻成预制毛坯；将预锻毛坯机加工成环形预制坯；通过梯度加热将预制坯梯度加热至相变点以上20℃～40℃，并控制恒应变速率为0.001s^‑1～0.01s^‑1将预制坯热模锻成整体叶盘锻件毛坯；快速风冷至室温后对整体叶盘锻件毛坯进行固溶+时效的热处理。本发明预锻和终锻分别采用普通模锻和热模锻，通过对β锻过程中预制坯的加热方式、模具和坯料润滑以及锻后冷却方式优化，获得充型良好的大尺寸TC17钛合金β锻整体叶盘锻件，且锻件各部位显微组织均匀、抗拉强度均能满足设计要求、强韧性匹配优异。

技术领域

本发明属于整体叶盘锻件热机械处理技术领域，具体涉及一种大尺寸TC17钛合金β锻整体叶盘锻件制备方法。

背景技术

TC17钛合金是一种使用温度为427℃的高强、高韧和高淬透性的富β相的两相钛合金，名义成分为Ti-5Al-4Mo-4Cr-2Sn-2Zr。β锻造是指钛合金完全在β相变点以上进行的锻造，可得到网篮组织。β锻造的TC17合金锻件具有较高的抗拉强度、良好的断裂韧性和蠕变性能，被广泛用于制造航空发动机风扇和压气机盘件。

整体叶盘是为了满足高性能航空发动机而设计的新型结构件，其将发动机转子叶片和轮盘形成一体。国内大尺寸钛合金整体叶盘制备工艺的主要工序为：精密锻造+数控加工。但是精密锻造工艺中，存在毛坯尺寸超差，整体拉伸强度低且分散性大，整体叶盘结构自身的厚度起伏使锻件在生产时很难保证各个部位变形均匀的问题，另外，现有大尺寸钛合金整体叶盘锻件的模具寿命低。

对于大尺寸TC17钛合金整体叶盘模锻件(最大截面厚度≥160mm，锻件毛坯重量≥500Kg)，当预制坯加热到相变点以上时，采用截面厚度经验系数计算保温时间会导致原始β晶粒长大，降低锻件力学性能。另外大截面厚度的锻件会导致心部不能完全淬透，其强度显著低于边部强度。因淬透性导致不能提升心部组织在时效热处理过程中析出次生α相含量的前提下，需加快锻后冷却速率，细化锻件心部组织中初生α片层厚度，以提升锻件心部强度。然而提升锻后冷却速率同时细化了边部组织的初生α片层，甚至形成一定厚度的冷模层，即初生α片层呈现短细状，严重降低锻件塑性指标。因此需对锻后简单风扇冷却的方式进行优化，改善其组织和性能。

中国专利“TC17两相钛合金盘形锻件的近等温锻造方法”(CN101804441A)，提供了一种使用均匀细小的双态组织的坯料来实现TC17两相钛合金盘形锻件的近等温锻造方法，采用该锻造方法的盘型锻件经热处理后具有较为理想的网篮组织和高性能，适用于制造航空发动机的压气机盘和涡轮盘等锻件。但是整体叶盘类锻件制备相比与普通盘类锻件难度更高，在组织控制和性能调控方面需要进行进一步突破。

中国专利“一种航空发动机用TC17合金β锻轴颈锻件的锻造方法”(CN106694772B)，公开了一种用等温挤压代替为闭式模锻挤压方式制备锻件方法，避免模具费用大、锻造周期长、制作成本高等缺点，能够生产出组织均匀、综合性能优的航空TC17合金β锻轴颈锻件。该方法生产锻件轮廓尺寸为Φ600×549mm，锻件重量仅为150Kg，锻件生产难点主要集中在提高锻件各部位变形量，后续固溶+时效热处理可对锻件进行较大幅度的性能调整。随着航空发动机对高推重比的要求，TC17合金风扇盘类锻件尺寸不断增大并逐步升级为整体叶盘锻件，以现有β锻造技术制备大尺寸TC17合金整体叶盘锻件抗拉强度不能满足设计要求(≥1120MPa)。

发明内容

鉴于现有技术的上述情况，本发明的目的是提供一种大尺寸TC17钛合金β锻整体叶盘锻件制备方法，降低坯料投料重量，得到充型良好的大尺寸TC17钛合金整体叶盘锻件，且心部强度满足设计要求(≥1120MPa)，锻件各部位组织均匀，强韧性匹配优异。

本发明的上述目的是利用以下技术方案实现的：

一种大尺寸TC17钛合金β锻整体叶盘锻件制备方法，其特征在于包括如下步骤：

将TC17钛合金棒材按倍尺下料成棒坯；

将棒坯普通模锻成预制毛坯；