一种镍基双合金整体叶盘的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于镍基合金材料及其制造技术领域，具体为一种镍基双合金整体叶盘的制造方法。
【背景技术】
[0002]镍基双合金整体叶盘是飞机辅助动力装置的热锻关键部件，是发动机转子制造技术的发展方向之一。该结构不但可以减轻涡轮重量，免除高精度加工和装配要求，还可以发挥盘毂与叶片两种材料的性能优势，提高工作寿命和可靠性。
[0003]目前镍基双合金整体叶盘的制备是采用热等静压扩散连接工艺方法实现的，具体是首先采用热等静压及等温锻造工艺制备出粉末高温合金涡轮盘，采用精密铸造工艺浇铸出叶片环，再将涡轮盘与叶片环紧密配合后经过一次热等静压扩散焊，实现盘毂与叶片的冶金结合。这种工艺方法的主要缺点在于，一是铸造叶片环需要制备模具，研制成本高、周期长。二是热等静压扩散焊工艺不稳定，盘毂与叶片材料之间的扩散不均匀、不充分，存在缺陷，不能实现良好的冶金结合。
[0004]激光快速成形技术可在无需任何硬质模具的情况下，直接利用计算机进行三维设计，制造出实体零件或原型，能够实现高性能复杂结构、致密金属零件的直接成形。但受光斑尺寸限制，对于大体积简单结构成形堆积所需时间长、效率低，不利于发挥该技术的优势。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提出一种镍基双合金整体叶盘的组合制造方法，弥补传统工艺的不足，同时其满足长寿命、高可靠性的使用要求。
[0006]本发明技术方案的具体内容是:
[0007]该方法的步骤是:
[0008](1)通过氩气雾化方法分别制备镍基双合金整体叶盘的盘毂和叶片两种镍基合金粉末，盘毂粉末用于热等静压，叶片粉末用于激光快速成形；
[0009](2)将盘毂粉末通过热等静压制备出锭坯，然后采用等温锻造制备出盘毂锻坯；
[0010](3)采用机械加工方法，在盘毂边缘加工出凸台，机械加工盘毂时除凸台外，其它部分不留加工余量，凸台的外缘与盘毂同心，凸台长度和宽度，与同一位置叶片尺寸相当，凸台高度为2?3mm ；
[0011](4)采用激光快速成形工艺，以盘毂凸台为基底，将叶片粉末进行逐层熔覆堆积，获得近似叶片形状的成形体；
[0012](5)对已成型的整体叶盘进行热处理；
[0013](6)按零件图纸对整体叶盘进行最终精细机械加工，去除叶片与凸台多余的材料。
[0014]本发明具有的优点和有益效果
[0015]本发明采用热等静压、等温锻造技术及激光快速成形技术组合制造镍基双合金整体叶盘，与现有技术相比具有以下优点:(1)成本低、周期短，无需叶片铸造模具，消除传统铸造工艺复杂、工序繁多的缺点，后续机械加工余量小，从原材料到零件的整个制造周期短；(2)高柔性、易操作，激光成形设备整体自动化水平高，全程计算机控制，制造智能化、数字化；(3)界面冶金结合良好，激光成形可实现盘毂与叶片材料的快速熔化和凝固，消除传统扩散焊工艺不同材料之间扩散不均匀、不充分、存在缺陷的缺点；(4)成形件内部质量高，激光快速成形可获得细小、均匀、致密的组织，消除铸造工艺缩孔、缩松、夹杂、成分偏析、组织粗大等缺点，综合力学性能优越。(5)设计凸台为叶片的激光快速成形提供基底，可使激光成形界面薄弱区避开叶片与盘毂连接处的高应力集中区。因此，将热等静压技术与激光快速成形技术组合使用，是一种制造镍基双合金整体叶盘的可靠的新途径。
【附图说明】
[0016]图1是一种典型飞机发动机镍基双合金涡轮整体叶盘结构的示意图；
[0017]图2是采用热等静压及等温锻造工艺制备镍基双合金整体叶盘盘毂的示意图；
[0018]图3是现有技术采用精密铸造工艺浇铸的叶片环示意图；
[0019]图4是经过机械加工后在边缘加工出凸台的盘毂示意图；图中标号:1 一凸台长度；2—凸台宽度；3—凸台高度；
[0020]图5是采用激光快速成形工艺获得近净成形的整体叶盘示意图。图中标号:4一盘毂，5一叶片。
【具体实施方式】
[0021]以下将结合实例对本发明技术方案作进一步详述:
[0022]该方法的步骤是:
[0023](1)通过氩气雾化方法制备镍基双合金整体叶盘盘毂、叶片两种镍基合金粉末，盘毂粉末用于热等静压，叶片粉末用于激光快速成形；
[0024](2)将盘毂粉末通过热等静压制备出锭坯，然后采用等温锻造制备出盘毂锻坯；
[0025](3)采用机械加工方法，在盘毂边缘加工出凸台，为后续激光快速成形叶片提供基底，机械加工盘毂时除凸台其它部分不留加工余量，凸台的外缘与盘毂同心，凸台长度和宽度，与同一位置叶片尺寸相当，凸台高度为2?3mm，使激光成形界面避开叶片与盘毂转角处的高应力集中区；
[0026](4)采用激光快速成形工艺，以盘毂凸台为基底，将叶片粉末进行逐层熔覆堆积，获得近似叶片形状的成形体；
[0027](5)对已成型的整体叶盘进行热处理；
[0028](6)按零件图纸对整体叶盘进行最终精细机械加工，去除叶片与凸台多余的材料。
[0029]实施例
[0030]图1是一种典型飞机发动机镍基双合金涡轮整体叶盘结构，盘毂材料为FGH96合金，叶片材料为K418B合金，如果采用传统热等静压扩散焊工艺方法，需要采用精密铸造工艺浇铸出图3所示叶片环，然后将图2所示热等静压成型的涡轮盘与叶片环紧密配合后经过一次热等静压扩散焊，形成整体叶盘，这种工艺方法工序繁多复杂，制造周期长、成本高，工艺稳定性低，盘毂与叶片材料之间的扩散不均匀，容易出现缺陷。
[0031](1)通过氩气雾化方法制备镍基双合金整体叶盘盘毂FGH96合金粉末和叶片K418B合金粉末，盘毂粉末用于热等静压，叶片粉末用于激光快速成形，粉末粒度范围100目?325目；
[0032](2)将盘毂粉末通过热等静压制备出锭坯，然后采用等温锻造制备出盘毂锻坯，盘毂尺寸为Φ 130 X 40mm ；
[0033](3)采用机械加工方法，在盘毂边缘加工出图4所示的凸台，为后续激光快速成形叶片提供基底，机械加工盘毂时除凸台其它部分不留加工余量，共32个凸台均匀分布在盘毂外缘，凸台的外缘与盘毂同心，凸台长度1为40mm，宽度2为10mm，与同一位置叶片尺寸相当，凸台高度3为2_，使激光成形界面避开叶片与盘毂转角处的高应力集中区；
[0034](4)采用激光快速成形工艺，以盘毂4的凸台为基底，将叶片粉末进行逐层熔覆堆积成叶片5，获得图5所示的近似叶片形状的成形体；
[0035](5)对已成型的整体叶盘进行热处理；
[0036](6)按零件图纸对整体叶盘进行最终精细机械加工，去除叶片与凸台多余的材料，获得图1所示整体叶盘。
[0037]与现有技术相比，采用本发明所述的热等静压、等温锻造与激光快速成形工艺组合制造镍基双合金整体叶盘，两种材料之间界面冶金结合良好，性能达到指标要求，过程操作简单，制造周期缩短。
【主权项】
1.一种镍基双合金整体叶盘的制造方法，其特征在于:该方法的步骤是: (1)通过氩气雾化方法分别制备镍基双合金整体叶盘的盘毂和叶片两种镍基合金粉末，盘毂粉末用于热等静压，叶片粉末用于激光快速成形； (2)将盘毂粉末通过热等静压制备出锭坯，然后采用等温锻造制备出盘毂锻坯； (3)采用机械加工方法，在盘毂边缘加工出凸台，机械加工盘毂时除凸台外，其它部分不留加工余量，凸台的外缘与盘毂同心，凸台长度和宽度，与同一位置叶片尺寸相当，凸台高度为2?3mm ； (4)采用激光快速成形工艺，以盘毂凸台为基底，将叶片粉末进行逐层熔覆堆积，获得近似叶片形状的成形体； (5)对已成型的整体叶盘进行热处理； (6)按零件图纸对整体叶盘进行最终精细机械加工，去除叶片与凸台多余的材料。
【专利摘要】本发明属于镍基合金材料及其制造技术领域，具体为一种镍基双合金整体叶盘的制造方法。制造成本低、无需叶片铸造模具，消除传统铸造工艺复杂、工序繁多的缺点，后续机械加工余量小，从原材料到零件的整个制造周期短；界面冶金结合良好，激光成形可实现盘毂与叶片材料的快速熔化和凝固，消除传统扩散焊工艺不同材料之间扩散不均匀、不充分、存在缺陷的缺点；成形件内部质量高，激光快速成形可获得细小、均匀、致密的组织，消除铸造工艺缩孔、缩松、夹杂、成分偏析、组织粗大等缺点，综合力学性能优越。设计凸台为叶片的激光快速成形提供基底，可使激光成形界面薄弱区避开叶片与盘毂连接处的高应力集中区。
【IPC分类】B22F3/04, B22F3/105, B22F3/17, B22F5/04
【公开号】CN105312563
【申请号】CN201510737582
【发明人】杜博睿, 张学军, 陈冰清, 孙兵兵, 郭绍庆, 李能, 李万青
【申请人】中国航空工业集团公司北京航空材料研究院
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年11月3日