[发明专利]一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘制备方法及装置

说明书

本发明公开了一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘制备方法及装置，包括包套体，其上方依次设有锥形筛和储粉器；锥形筛的锥形面由内圈锥面和外圈锥面组成，外圈锥面沿周向均匀布设有若干个筛缝，每个筛缝的宽度由内向外随着锥形筛直径线性增大，储粉器内不同粒度的金属粉末先经内圈锥面向下流动、再通过外圈锥面的筛缝进行筛选，使落入包套腔室内的金属粉末沿包套腔室径向由内向外、粒度由小到大连续变化；另外发明人基于该制备装置设计了制备方法。本发明有效的解决现有技术难以制备高品质双性能粉末涡轮盘的技术难点，提高了生产效率的同时保证了产品的质量，该制备方法操作简便，制备装置成本低，实用性强，便于推广普及。

技术领域

本发明属于航空发动机涡轮盘制造技术领域，具体涉及一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘制备方法及装置。

背景技术

航空发动机涡轮盘在工作时因其不同部位承受的温度与应力状态不同，具体如盘毂(涡轮盘中部)处于高应力状态，应力沿着其盘径向外逐渐降低，而盘缘(涡轮盘外部)处于高温度状态，温度沿盘径向内逐渐降低。因此，高性能的涡轮盘其盘毂部位应具有优异的屈服强度和低周疲劳性能，而盘缘部位应具有优异的高温持久强度和蠕变强度。众所周知，从微观组织状态研究，粗晶（粒度大的金属粉末）有利于提高材料的蠕变和持久性能，而细晶（粒度小的金属粉末）有利于增强材料的塑性、疲劳性能和屈服强度等。因而，双性能粉末涡轮盘应运而生，其盘毂部位是细晶组织，盘缘部位是粗晶组织，是一种具有双重组织的高性能粉末涡轮盘。

目前，双性能粉末涡轮盘的制造较为成熟的工艺主要有以下三种：第一种工艺首先是通过热等静压制备得到金属粉末坯体，然后通过等温锻造制得均匀细晶的涡轮盘，最后对均匀细晶的涡轮盘进行梯度热处理得到双性能粉末涡轮盘。这种工艺在进行梯度热处理时，要求涡轮盘的盘毂和盘缘之间的温度差高达300～600℃，因此需要在特制的热处理炉进行，工艺要求较高，不但制造成本较高，且制造过程比较复杂，与此同时，由于涡轮盘自身的热传导效应，要长时间保持涡轮盘的盘毂和盘缘之间较大的温度差很困难，对专用设备的要求极高，以致最终得到的双性能粉末涡轮盘的性能不高，品质不是很理想。

第二种工艺首先制备得到细晶金属粉末坯体，然后对细晶金属粉末坯的盘毂部位与辐板部位进行热锻，对盘缘部位只加热不锻造。此种工艺中，由于盘缘部位只加热不锻造，因此盘缘部位在制造过程中不变形，容易存在大量疏松空隙等缺陷，导致产品质量很差，不能满足双性能粉末涡轮盘的使用性能，且合格率较低，成本也较高。

最后一种获得双性能粉末涡轮盘的方法是，先用两种不同的材料分别锻造(或铸造或金属粉末压实)出环坯和饼坯，然后通过热等静压扩散连接或电子束焊接加等温模锻而成双性能粉末涡轮盘。然而此种工艺由于其粗晶环坯和细晶饼坯的连接界面存在突然的变化，此工艺制备的技术难点在于如何解决两种材料（即环坯和饼坯）结合区的“弱连接”问题，因为“弱连接”部位极易形成双性能粉末涡轮盘的裂纹源，对于高度强调安全性的航空发动机来说，这是个致命隐患。

有鉴于此，本发明人提出一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘制备方法及装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘制备方法及装置，采用该制备方法及装置解决了现有技术制备双性能粉末涡轮盘时过程复杂、成本高以及“弱连接”等原因引起的质量差的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种晶粒连续变化的双性能粉末涡轮盘的制备装置，包括包套体，所述包套体上方开口处安装有锥形筛，所述锥形筛的上方设置有储粉器；

其中，所述包套体中部预留有通孔，所述通孔的孔壁与包套体的内壁共同构成用于放置金属粉末的包套腔室，所述包套腔室的形状与预要制备的双性能粉末涡轮盘外轮廓相同，所述包套腔室顶部开口；