一种用Al-Mn-Pb-Mg-Ti系高强度铝合金为材料的涡轮机叶片加工工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]该发明属于热处理和防腐综合技术领域，涉及Al-Mn-Pb-Mg-Ti系高强度铝合金及其涡轮机叶片，尤其是一种用Al-Mn-Pb-Mg-Ti系高强度铝合金为材料的涡轮机叶片加工制造加工工艺。
【背景技术】
[0002]实践证明，γ '相是Al-Mn-Pb-Mg-Ti系高强度铝合金的主要强化相，其数量、尺寸、形态和分布对合金的性能有决定性的影响。降低Re、Cr含量并增加一定量的Mo、W、Al不仅可以平衡合金化，而且可以增强Y '相，提高合金综合性能，是解决铝合金高温稳定性的一条有效途径。同时，在设计合金时还应充分考虑碳化相和TCP有害相的生成，由于叶片常采用高温合金，且其形状越来越复杂，重量要求越来越轻，导致制造难度越来越大。故熔模铸造成为了叶片加工首选的工艺之一。经历近五十年的研究与发展，我国在铸造方面发展了如高温合金叶片，大型复杂薄壁整体结构件精铸工艺，但目前仍存在一定的问题，如缺乏与设计合金相配的精铸工艺、铸件质量和尺寸精度不足、熔化金属的过热度大等。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明为了解决上述问题，设计了一种用Al-Mn-Pb-Mg-Ti系高强度铝合金为材料的涡轮机叶片加工制造加工工艺。
[0004]本发明设计了一种用Al-Mn-Pb-Mg-Ti系高强度铝合金为材料的涡轮机叶片加工制造加工工艺，其材料主要包括了下列元素的百分比含量:Si3.7% -4.2%，Mn
0.8% -1.3%,Mg 0.52% -0.74%,Ti 0.21% -0.3%,Cr 1.25% -1.48%，Cu〈0.02%，同时包含0.001% -0.2%的Dy和0.041 % -0.08%的Bi的混合物，余量为铝及其不可避免的杂质。优选 Si 3.7% -4.2%, Mn 0.8% -1.3%, Mg 0.52% -0.74%, Ti 0.21% -0.3%,Cu<0.02 % , Cr 1.25 % -1.48% ,同时包含 0.001 % -0.2 % 的 Dy 和 0.041 % -0.08 % 的Bi的混合物。其加工工艺流程如下:(1)合金熔炼:将金属铝、镁、锰、钛，硅等以及Al-Cr，Al-Mg7Al-Ti中间合金在氩气体保护的条件下进行熔炼，熔炼温度为770V _920°C，保温时间，20-27分钟，之后将熔液浇注成合金铸件，浇注温度为800°C -830°C，浇铸模具为金属型模具，金属型模具预热温度为150-180°C，(2)正火处理，采用等温退火，将毛坯加入高温熔炼炉中，加热到910°C -940°C，保温时间为2-3h，随炉冷却到600_640°C，保温5_8h，再空冷，
(3)对涡轮机叶片进行机加工，采用数控输入程序自动铣叶片，在加工时引入润滑液，将其喷射于工件表面，防治机械瘤形成并且带走加工产生的热量，该冷却液为一中绿色无污染的细冰粒，高速喷于工件和刀具表面，其快速溶化为液体小水珠，(4)渗碳处理，进行高温气体渗氮，采用离子氮化法将涡轮机叶片放入渗氮炉中与氮气与氢气共热，在涡轮机叶片的表面形成渗氮层，温度控制在750-810°C，保温3-4h，缓慢冷却，渗碳深度为0.51-0.78 μ m,
[5]对涡轮机叶片进行双液淬火和低温回火处理，是将已形成渗氮层的涡轮机叶片的表面进行淬火，其温度控制为820-900°C并对其降温回火，回火温度为160-240°C，调质硬度55-67HRC，(6)将涡轮机叶片置于沉积炉内加热到1200-1400°C，以H2为载体将TiCl4带入反应器，将SiC沉积在叶片表面，(7)防锈防腐处理，将工件放入液压油中，温度为40-50°C，时间为20-25min。
[0005]本发明的优点如下:在渗氮处理后对工件进行表面防腐蚀处理，提高了叶片在使用的寿命，本发明制备的合金加入Cr 1.25% -1.48%平衡合金化,从而保持组织稳定定向凝固和单晶铸造有助延长制品的使用寿命，本发明材料比锌基合金的机械性能有了大幅度的提高，铸造性能和切削加工性能也更好了，该合金材料性能与以前的铝合金铸件及其机械切削用部件的材料相比，其抗拉能力及其延展率和耐高温效果以及铸造性能和机械加工性能明显改善，本发明不仅配备了一种材料的合理的元素，而且采用新工艺流程，从而使制的涡轮机叶片，抗弯能力强，抗击打能力强，叶片质量好，不易断裂，延长了使用寿命，达到了生产实际的需要，因此该加工工艺得到广泛应用，本发明所制造的叶片经特殊的热处理工艺之后，晶体偏析程度较小，抗氧化性、抗蚀性优良，采用的熔模铸造法与设计的合金相互配套，壳型材质、性能符合叶片制造要求。
【具体实施方式】
[0006]实施例一
[0007]设计了一种涡轮机叶片加工制造加工工艺，其所用材料为Al-Mn-Pb-Mg-Ti系高强度铝合金，主要包括了下列元素的百分比含量:Si 3.7%, Mn 0.8%, Mg0.52%, Ti
0.21%, Cr 1.25% , Cu<0.02%，同时包含 0.078%的 Dy 和 0.041 %的 Bi 的混合物，余量为铝及其不可避免的杂质，其加工工艺流程如下:(I)合金熔炼:将金属铝、镁、锰、钛，硅等以及Al-Cr，Al-Mg，Al-Ti中间合金在氩气体保护的条件下进行熔炼，熔炼温度为770°C，保温时间，20分钟，之后将熔液浇注成合金铸件，浇注温度为800°C，浇铸模具为金属型模具，金属型模具预热温度为150°C，(2)正火处理，采用等温退火，将毛坯加入高温熔炼炉中，力口热到910°C，保温时间为2h，随炉冷却到600°C，保温5h，再空冷，(3)对涡轮机叶片进行机加工，采用数控输入程序自动铣叶片，在加工时引入润滑液，将其喷射于工件表面，防治机械瘤形成并且带走加工产生的热量，该冷却液为一中绿色无污染的细冰粒，高速喷于工件和刀具表面，其快速溶化为液体小水珠，(4)渗碳处理，进行高温气体渗氮，采用离子氮化法将涡轮机叶片放入渗氮炉中与氮气与氢气共热，在涡轮机叶片的表面形成渗氮层，温度控制在750°C，保温3h，缓慢冷却，渗碳深度为0.51 μ m, (5)对涡轮机叶片进行双液淬火和低温回火处理，是将已形成渗氮层的涡轮机叶片的表面进行淬火，其温度控制为820°C并对其降温回火，回火温度为160°C，调质硬度55HRC，(6)将涡轮机叶片置于沉积炉内加热到12000C，以H2为载体将TiCl4带入反应器，将SiC沉积在叶片表面，(7)防锈防腐处理，将工件放入液压油中，温度为40-50°C，时间为20min。
[0008]实施例二
[0009]设计了一种涡轮机叶片加工制造加工工艺，其所用材料为Al-Mn-Pb-Mg-Ti系高强度铝合金，主要包括了下列元素的百分比含量:Si 4.2%, Mn 1.3%, Mg0.74%, Ti
0.3%,Crl.48%, Cu〈0.02%，同时包含0.2%的Dy和0.08%的Bi的混合物，余量为铝及其不可避免的杂质。优选 Si 4.2%,Mn 1.3%,Mg 0.74%,T1.3%,Cu<0.02% ,Cr 1.48% ,同时包含0.2%的Dy和0.08%的Bi的混合物。其加工工艺流程如下:(I)合金熔炼:将金属铝、镁、锰、钛，硅等以及Al-Cr，Al-Mg，Al-Ti中间合金在氩气体保护的条件下进行熔炼，熔炼温度为920°C，保温时间，27分钟，之后将熔液浇注成合金铸件，浇注温度为830°C ;浇铸模具为金属型模具，金属型模具预热温度为180°C，(2)正火处理，采用等温退火，将毛坯加入高温熔炼炉中，加热到940°C，保温时间为3h，随炉冷却到640°C，保温8h，再空冷，(3)对涡轮机叶片进行机加工，采用数控输入程序自动铣叶片，在加工时引入润滑液，将其喷射于工件表面，防治机械瘤形成并且带走加工产生的热量，该冷却液为一中绿色无污染的细冰粒，高速喷于工件和刀具表面，其快速溶化为液体小水珠，(4)渗碳处理，进行高温气体渗氮，采用离子氮化法将涡轮机叶片放入渗氮炉中与氮气与氢气共热，在涡轮机叶片的表面形成渗氮层，温度控制在810°C，保温4h，缓慢冷却，渗碳深度为0.78μπι，(5)对涡轮机叶片进行双液淬火和低温回火处理，是将已形成渗氮层的涡轮机叶片的表面进行淬火，其温度控制为900°C并对其降温回火，回火温度为240°C，调质硬度67HRC，(6)将涡轮机叶片置于沉积炉内加热到1400°C，以H2为载体将TiCl4带入反应器，将SiC沉积在叶片表面，(7)防锈防腐处理，将工件放入液压油中，温度为50°C，时间为25min。
[0010]申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
【主权项】
1.一种用Al-Mn-Pb-Mg-Ti系高强度铝合金为材料的涡轮机叶片加工工艺，Al-Mn-Pb-Mg-Ti系高强度铝合金的化学成分重量百分比含量为:Si 3.7% -4.2%, Mn.0.8% -1.3%,Mg 0.52% -0.74%,Ti 0.21% -0.3%,Cr 1.25% -1.48%，Cu〈0.02%，同时包含0.001% -0.2%的Dy和0.041 % -0.08%的Bi的混合物，余量为铝及其不可避免的杂质，其特征在于: (1)合金熔炼:将金属铝、镁、锰、钛，硅等以及Al-Cr，Al-Mg,Al-Ti中间合金在氩气体保护的条件下进行熔炼，熔炼温度为770°C _920°C，保温时间，20-27分钟，之后将熔液浇注成合金铸件，浇注温度为800°C -830°C，浇铸模具为金属型模具，金属型模具预热温度为150-180°C, (2)正火处理，采用等温退火，将毛坯加入高温熔炼炉中，加热到910°C-940°C，保温时间为2-3h，随炉冷却到600-640°C，保温5_8h，再空冷， (3)对涡轮机叶片进行机加工，采用数控输入程序自动铣叶片，在加工时引入润滑液，将其喷射于工件表面，防治机械瘤形成并且带走加工产生的热量，该冷却液为一中绿色无污染的细冰粒，高速喷于工件和刀具表面，其快速溶化为液体小水珠， (4)渗碳处理，进行高温气体渗氮，采用离子氮化法将涡轮机叶片放入渗氮炉中与氮气与氢气共热，在涡轮机叶片的表面形成渗氮层，温度控制在750-810°C，保温3-4h，缓慢冷却，渗碳深度为0.51-0.78 μ m, (5)对涡轮机叶片进行双液淬火和低温回火处理，是将已形成渗氮层的涡轮机叶片的表面进行淬火，其温度控制为820-900°C并对其降温回火，回火温度为160-240°C，调质硬度 55-67HRC, (6)将涡轮机叶片置于沉积炉内加热到1200-1400°C，以H2为载体将TiC14带入反应器，将SiC沉积在叶片表面， (7)防锈防腐处理，将工件放入液压油中，温度为40-50°C，时间为20-25min。
【专利摘要】本发明公开了一种用Al-Mn-Pb-Mg-Ti系高强度铝合金为材料的涡轮机叶片加工制造工艺，该发明属于热处理和防腐综合技术领域。采用的加工工艺为：熔炼铸造—正火处理—机加工—渗碳处理—去应力处理—防锈处理，本发明材料比锌基合金的机械性能有了大幅度的提高，铸造性能和切削加工性能也更好了，该合金材料性能与以前的铝合金铸件及其机械切削用部件的材料相比，其抗拉能力及其延展率和耐高温效果以及铸造性能和机械加工性能明显改善，本发明不仅配备了一种材料的合理的元素，而且采用新工艺流程，从而使制的涡轮机叶片，抗弯能力强，抗击打能力强，叶片质量好，不易断裂，延长了使用寿命，达到了生产实际的需要，因此该加工工艺得到广泛应用。
【IPC分类】C22C21/02, C23F17/00, B23P15/02
【公开号】CN105586514
【申请号】CN201410573156
【发明人】张明
【申请人】无锡华冶钢铁有限公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2014年10月23日