[发明专利]制备涡轮盘的退火工艺方法和涡轮盘

说明书

本发明提供制备涡轮盘的退火工艺方法和涡轮盘，所述方法包括：使用计算机仿真模拟软件，对所述涡轮盘进行有限元建模，设计退火流程；将热挤压后的工件置于退火工艺用炉中，根据仿真模拟结果设定加热功率，缓慢升温至预定温度；所述工件整体达到预定温度后，保温预定时间；将所述工件冷却至室温。通过以上方法，可以降低实验成本，并稳定控制产品组织，使挤压态组织(1)具有均匀细小的晶粒；(2)粗大的晶界γ＇相；(3)细小的晶内γ＇相，为后续锻造工艺提供优异的初始组织。

技术领域

本发明涉及镍基粉末高温合金和热处理技术领域，具体地，涉及制备涡轮盘的退火工艺方法和涡轮盘。

背景技术

镍基粉末高温合金因其优异的高温性能而广泛用于制备航空发动机涡轮盘。其内部具有较高体积分数的γ＇强化相。广泛分布于合金晶界的γ＇强化相对晶粒组织起钉扎作用，在高温环境下可以抑制晶粒长大。具有均匀细小晶粒的合金在中低温下具有较高的屈服强度和抗拉强度，在高温下具有较好的成形性、较低的变形抗力以及较低的开裂倾向。

国内外先进的制备镍基粉末高温合金涡轮盘的工艺通常包括：热等静压+热挤压+等温锻三个衔接的步骤。

在实际生产中，设备条件和盘件尺寸极大地影响了盘件内部的温度场，应变场和应变速率，从而影响了热成形工艺后的微观组织。当变形量低于临界变形量时，较易引发高温热处理的异常晶粒长大。局部区域的部分晶粒可能未发生动态再结晶，反而在高温环境下发生粗化。未发生动态再结晶的晶粒或未完全动态再结晶的晶粒与完全动态再结晶的晶粒具有较大的尺寸差距和位相差，且内部具有较高的储能，为后续进一步的热成形工艺或热处理带来隐患。

发明内容

本发明的主要目的是提供制备涡轮盘的退火工艺方法和涡轮盘，以便解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种制备涡轮盘的退火工艺方法，包括：

使用计算机仿真模拟软件，对所述涡轮盘进行有限元建模，设计退火流程；

将热挤压后的工件置于退火工艺用炉中，根据仿真模拟结果设定加热功率，缓慢升温至预定温度；

所述工件整体达到预定温度后，保温预定时间；

将所述工件冷却至室温。

可选地，在使用计算机仿真模拟软件，对所述涡轮盘进行有限元建模，设计退火流程之前，所述方法还包括：

工艺参数设定：根据所述涡轮盘材料的不同，设定退火工艺的工艺参数，并选择合适的退火工艺用炉；

试验测温：将试验工件或测试标块放入所述退火工艺用炉中，在所述试验工件或测试标块的表面焊接热电耦，或钻孔后置入热电耦，监测所述试验工件或测试标块的升温以及冷却过程的整体温度场变化；

仿真模拟：使用计算机仿真模拟软件，按照所述试验工件或测试标块的形貌尺寸进行有限元建模，根据试验数据调整模拟的边界条件，直至温度场变化结果与测温结果一致。

可选地，所述使用计算机仿真模拟软件，对所述涡轮盘进行有限元建模具体包括：

按照所述涡轮盘工件的形貌尺寸建模，输入所述调整的边界条件设计所述退火流程，使生产过程中的温度场分布符合工艺参数需求。

可选地，所述工件表面放置热电耦以监测瞬时温度，若所述热电耦记录的瞬时温度与模拟数值相符，根据模拟结果间接推断所述工件整体温度分布。

可选地，所述退火工艺用炉包括常规空气炉或真空气淬炉，所述退火工艺用炉最低使用温度不低于1200℃，炉膛有效加热区域温度偏差在5℃以内。

可选地，所述工件以1～4℃/min的升温速率随炉升温至合金γ＇相回溶温度以下50～100℃。