Ti60合金双性能整体叶盘的制造方法与流程

本发明涉及一种叶盘的制造方法，特别是涉及了Ti60合金双性能整体叶盘的制造方法。

背景技术：

航空发动机的组成零件因为其特殊的工作环境，其组成零部件需要很高的各种机械性能，在航空发动机中，往往采用高温合金，例如GH4169或者GH768来锻造加工航空发动机的压气机盘，高温合金锻造的盘件具有很好的耐高温性能，其强度，断裂韧度强，淬透性高，锻造温度范围选择性宽等很多优点，能够满足损伤容限设计的需要和实际应用的可靠性，所述的这些优异的综合性能需要在热处理过程中来实现。

在叶盘的技术方面，国内的技术通常都是叶和盘分开来进行制作，对叶和盘分别进行热处理，来达到所需要的各种机械性能，然后再利用各种连接方式将叶和盘组装在一起形成叶盘，在材料的选择上通常使用高温合金来进行制造，这种分体式的叶盘的优点是对零件不同部位的机械性能能够很好的控制，但是其也存在着一定的缺陷，即分体式叶盘的坚固性不好，在环境恶劣的情况下工作，分体式叶盘的连接处容易松脱，断裂，影响发动机的工作，造成不可弥补的损失，尤其是高温合金价格昂贵，材料本身的密度大，使用高温合金来制作叶盘，不仅成本高，而且零件本身重量过大，制约了航空发动机进一步的发展。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种双性能整体叶盘的制造方法，使整体叶盘中具有不同性能的微观组织，特别是在整体叶盘中在轮毂部位存在着良好的网篮组织，同时在轮缘部位存在两相区加工组织，促使叶盘在工作中能够实现优良的工作性能。

为解决上述技术问题，本发明所述Ti60合金双性能整体叶盘的制造方法，其技术方案包括以下步骤：

将Ti60合金按规格进行下料成棒材，之后把Ti60合金棒材加热到相变点以下20℃～40℃，按Ti60合金棒材的有效厚度以0.6min/mm～0.8min/mm进行保温后，墩粗至棒材的30％～50％，得到一次饼坯，墩粗后趁热进行回炉，按一次饼坯的有效厚度以0.3min/mm～0.4min/mm进行保温后，第二次墩粗至一次饼坯的30％～50％，得到二次饼坯，趁热冲孔；

将上述二次饼坯按照机加尺寸进行机加工，得到三次饼坯；将三次饼坯预热至150℃～200℃，在表面上喷涂FR5或Ti－6－2润滑剂3遍以上，之后把三次饼坯加热至相变点以下25℃～45℃，按三次饼坯的有效厚度以0.6min/mm～0.8min/mm进行保温；加热上、下模具到相变点以下90℃～110℃，之后把上述加热好的三次饼坯装进锻模，三次饼坯从出炉到放入模具内转移时间≤30s；以30MN～60MN的压力锻压三次饼坯，使其以0.01s^-1～0.005s^-1的应变速率在锻模内变形，变形量达到30％～50％后一火成形为叶盘锻件；

将叶盘锻件放入隔热装置内，其中叶盘锻件的轮缘处于隔热装置的低温加热区，幅板和轮毂处于隔热装置的高温加热区；将装好叶盘锻件的隔热装置一起放到热处理炉中加热到相变点以上20℃～40℃；加热过程中，不断通过进气管向隔热装置的低温加热区中输入冷空气，将低温加热区的温度控制在相变点以下20℃～40℃，保温1小时后，风冷；再把叶盘锻件加热到相变点以下750℃±10℃，保温2个小时后，空冷。

所述隔热装置分为上隔热套和下隔热套，上隔热套与下隔热套闭合时，将隔热装置分为高温加热区和低温加热区；在低温加热区有一个进气管和一个排气管，进气管穿过下隔热套的外壁，固定在下隔热套的底部；排气管穿过上隔热套的外壁，固定在上隔热套的顶部；进气管均匀分布5～10个气孔；进风口连接压缩空气泵，通过阀门可控制空气流量，从而调节低温加热区温度。

所述隔热装置的上隔热套均匀分布3～5个热电偶，热电偶穿过隔热套，可以探测低温加热区的实际温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明所述Ti60合金双性能整体叶盘的制造方法，通过隔热装置对叶盘锻件进行加热，是把轮缘部位加热到相变点以下20℃～40℃，得到两相区加工组织，即等轴组织，在轮缘部分未见完整原始β晶界，在β转变组织基体上分布着等轴的初生α相，α％≈45％，把轮毂部分加热到相变点以上20℃～40℃，在得到网篮组织。

经检测，采用钛合金Ti60制造上述整体叶盘热处理双性能盘锻件各部位在室温和600℃时的拉伸性能，具体如下：

室温下对于盘形锻件的轮缘部分：抗拉强度为960MPa～965MPa，大于设计要求的950MPa,，屈服强度为885MPa～895MPa，大于设计使用要求的880MPa，延伸率为47％～17.5％，大于技术要求的6％，断面收缩率23.0％～16.0％，大于技术要求的15％，

温度为600℃时对于盘形锻件的轮缘部分：抗拉强度为630MPa～635MPa，大于技术要求的600MPa，屈服强度为500MPa～515MPa，大于技术使用要求的500MPa，延伸率为19.0％～17.5％，大于技术使用要求的8％，断面收缩率43.5％～43.5％，大于技术使用要求的20％。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是外垫圈局部变形示意图。

图2是内垫圈局部变形示意图。

图3是中间坯压平示意图。

具体实施方式

实施本发明所述的Ti60合金双性能整体叶盘的制造方法需要提供锻造加热炉、压力机、机械手等设备。其具体实施方式：

该Ti60合金的主要化学元素含量(重量百分比)为：Al：5.5％～6.1％；Sn：3.7％～4.3％；Zr：3.7％～4.3％；Nb：0.5％～0.9％；Ta：1.3％～1.7％；S：0.3％～0.5％；C：0.04％～0.08％；杂质含量N：0％～0.05％；H：0％～0.012％；O：0％～0.15％；其余为Ti的含量。

本方法的步骤如下：

将Ti60合金按规格进行下料成棒材，之后把Ti60合金棒材加热到相变点以下20℃～40℃，按Ti60合金棒材的有效厚度以0.6min/mm～0.8min/mm进行保温后，墩粗至棒材的30％～50％，得到一次饼坯，墩粗后趁热进行回炉，按一次饼坯的有效厚度以0.3min/mm～0.4min/mm进行保温后，第二次墩粗至一次饼坯的30％～50％，得到二次饼坯，趁热冲孔；

将上述二次饼坯按照机加尺寸进行机加工，得到三次饼坯；将三次饼坯预热至150℃～200℃，在表面上喷涂FR5或Ti－6－2润滑剂3遍以上，之后把三次饼坯加热至相变点以下25℃～45℃，按三次饼坯的有效厚度以0.6min/mm～0.8min/mm进行保温；加热上、下模具到相变点以下90℃～110℃，之后把上述加热好的三次饼坯装进锻模，三次饼坯从出炉到放入模具内转移时间≤30s；以30MN～60MN的压力锻压三次饼坯，使其以0.01s^-1～0.005s^-1的应变速率在锻模内变形，变形量达到30％～50％后一火成形为叶盘锻件；

如图1所示，将叶盘锻件10放入隔热装置20内，其中叶盘锻件10的轮缘11处于隔热装置20的低温加热区21，幅板12和轮毂13处于隔热装置20的高温加热区22；将装好叶盘锻件10的隔热装置20一起放到热处理炉中加热到相变点以上20℃～40℃；加热过程中，不断通过进气管31向隔热装置20的低温加热区21中输入冷空气，将低温加热区21的温度控制在相变点以下20℃～40℃，保温1小时后，风冷；再把叶盘锻件10加热到相变点以下750℃±10℃，保温2个小时后，空冷。

所述隔热装置20分为上隔热套41和下隔热套42，上隔热套41与下隔热套42闭合时，将隔热装置20分为高温加热区22和低温加热区21；在低温加热区21有一个进气管31和一个排气管32，进气管31穿过下隔热套42的外壁，固定在下隔热套42的底部；排气管32穿过上隔热套41的外壁，固定在上隔热套41的顶部；进气管31均匀分布5～10个气孔33，如图2所示；进风口连接压缩空气泵，通过阀门可控制空气流量，从而调节低温加热区21温度。

所述隔热装置的上隔热套41均匀分布3～5个热电偶50，如图3所示，热电偶50穿过隔热套，可以探测低温加热区21的实际温度。