意图，普通润轮盘包括盘也区域1和福板区域2。普通润轮盘的盘也区域1和 福板区域2在制备时采用相同的合金材料。
[0030] 如图2A所示，为普通润轮盘沿中轴对称的其中一部分，通过有限元应力分析后的 示意图，从图2A中可W看出，盘也区域1所受应力最大的区域A位于盘也区域靠近中轴的 部位。
[0031] 如图1B所示，为本发明提供的航空发动机双合金双性能润轮盘，其包括盘也区域 1和福板区域2,盘也区域1靠近中轴的部位采用的合金材料为第一合金材料，盘也区域1 的其他部位W及福板区域2采用的合金材料为第二合金材料，第一合金材料的线膨胀系数 大于第二合金材料的线膨胀系数。
[0032] 在制备过程中，并不是盘也区域1靠近中轴的部位全部采用第一合金材料，盘也 区域1靠近中轴的部位采用第一合金的区域B占盘也区域1的比例，W及盘也区域1靠近 中轴的部位采用第一合金的区域B的具体位置，由采用的第一合金材料的线膨胀系数及盘 也区域1所受应力最大的区域A确定。
[0033] 上述实施例中，盘也区域1靠近中轴的部位采用第一合金的区域B占盘也区域1 的比例优选为5%-50%。
[0034] 如图2B所示为图1B所示的航空发动机双合金双性能润轮盘的有限元应力分析示 意图，从图2B中可W看出，盘也区域1的区域B中采用第一合金，其他区域采用第二合金 后，由于第一合金材料的线膨胀系数比第二合金的线膨胀系数大，因此，盘也区域1所受应 力最大的区域A范围变大，应力分布更加均匀，盘也区域1所受应力最大的区域A所受到的 应力会被一部分热应力抵消，盘也区域1靠近中轴的部位盘也区域1总应力降低，从而达到 降低盘也区域1应力水平的目的。
[00巧]上述实施例中，第一合金材料的线膨胀系数由盘也区域1靠近中轴的部位中采用 第一合金材料的区域B的大小确定，且满足第一合金材料与第二合金材料的接触面之间不 产生较大集中应力的条件，上述的较大集中应力小于盘也区域1所受的最大应力。
[0036] 上述实施例中，第一合金材料的线膨胀系数比第二合金材料的线膨胀系数优选提 高 5〇/〇-80〇/〇。
[0037] 本发明提供的航空发动机双合金双性能润轮盘不仅可W达到不同部位的耐温能 力或者屈服强度要求，而且也可W通过控制不同部位的线膨胀系数，让热应力抵消部分周 向应力，保证其在各自区域的工作需求和对润轮盘所受应力的控制。
[0038] 下面列举本发明提供的航空发动机双合金双性能润轮盘的一具体实施例。
[0039] 如图3所示，盘也区域1所受应力最大的区域A在盘也区域1靠近中轴的部位内， 盘也区域1靠近中轴的部位采用第一合金的区域B包含有盘也区域1所受应力最大的区域 A，盘也区域1其他部位W及福板区域2采用第二合金材料制备。
[0040] 本实施例中，第二合金材料采用FGH96合金，第一合金材料的线膨胀系数比第二 合金材料的线膨胀系数提高10%，将盘也区域1靠近中轴的部位采用第一合金的区域B确定 为占盘也区域30%左右的区域。对本实施例中的航空发动机双合金双性能润轮盘通过有限 元进行应力分析，由于第一合金材料的线膨胀系数大于第二合金材料的线膨胀系数，盘也 区域1的应力会被一部分热应力抵消，盘也区域1总应力降低，从而达到降低盘也区域1应 力水平的效果。有限元应力分析后，本实施例中的航空发动机双合金双性能润轮盘所受到 的最大应力降低了 2. 9%左右，进而可W说明本发明不需要通过增加润轮盘厚度来降低润 轮盘应力。本发明提供的航空发动机双合金双性能润轮盘可在很大程度上降低航空发动机 润轮盘所受的应力，提高了润轮盘的寿命，提高了发动机的性能。
[0041] 上述实施例中，盘也区域1靠近中轴的部位采用第一合金的区域B采用的合金材 料为比FGH96合金线膨胀系数提高10%的合金材料，FGH96合金在不同温度下的线膨胀系 数如下：
[0042]
【主权项】
1. 一种航空发动机双合金双性能涡轮盘，其特征在于：它包括盘心区域和辐板区域， 所述盘心区域靠近中轴的部位采用的材料为第一合金材料，所述盘心区域其他部位以及所 述辐板区域采用的材料为第二合金材料，所述第一合金材料的线膨胀系数大于所述第二合 金材料的线膨胀系数。
2. 如权利要求1所述的航空发动机双合金双性能涡轮盘，其特征在于：所述盘心区域 靠近中轴的部位中采用所述第一合金材料的区域占所述盘心区域的比例，以及所述盘心区 域靠近中轴的部位中采用所述第一合金材料的区域的具体位置，由采用的所述第一合金材 料的线膨胀系数及所述盘心区域所受应力最大的区域确定。
3. 如权利要求2所述的航空发动机双合金双性能涡轮盘，其特征在于：所述盘心区域 靠近中轴的部位中采用所述第一合金材料的区域占所述盘心区域的比例为5%-50%。
4. 如权利要求2或3所述的航空发动机双合金双性能涡轮盘，其特征在于：所述第一 合金材料的线膨胀系数由所述盘心区域靠近中轴的部位中采用所述第一合金材料的区域 的大小确定，且满足所述第一合金材料与所述第二合金材料的接触面之间的集中应力小于 所述盘心区域所受的最大应力的条件。
5. 如权利要求4所述的航空发动机双合金双性能涡轮盘，其特征在于：所述第一合金 材料的线膨胀系数比所述第二合金材料的线膨胀系数提高了 5%-80%。
6. 如权利要求5所述的航空发动机双合金双性能涡轮盘，其特征在于：所述第二合金 材料采用的是FGH96合金，所述第一合金材料的线膨胀系数比所述第二合金材料的线膨胀 系数提高了 10%，所述盘心区域靠近中轴的部位中采用所述第一合金材料的区域占所述盘 心区域的比例为30%。
7. -种如权利要求1-6任一项所述的航空发动机双合金双性能涡轮盘的制备方法，其 特征在于，它包括以下步骤： 1) 通过有限元计算涡轮盘所受到的应力，确定涡轮盘所受应力最大的区域位于涡轮盘 的盘心区域靠近中轴的部位内； 2) 选用第一合金材料作为涡轮盘的盘心区域靠近中轴的部位所用的材料，选用第二合 金材料作为涡轮盘的盘心区域其他部位以及涡轮盘的辐板区域所用的材料；且第一合金材 料的线膨胀系数大于第二合金材料的线膨胀系数； 3) 根据选用的第一合金材料的线膨胀系数与涡轮盘所受应力最大的区域，确定涡轮盘 的盘心区域靠近中轴的部位中采用所述第一合金材料的区域的位置，及涡轮盘的盘心区域 靠近中轴的部位中采用所述第一合金材料的区域占涡轮盘的盘心区域的比例； 4) 通过无缺陷组合制坯工艺制备涡轮盘，即可得到双合金双性能涡轮盘。
8. 如权利要求7所述的航空发动机双合金双性能涡轮盘的制备方法，其特征在于：所 述步骤4)中，制备涡轮盘过程中，通过涡轮盘三维模型转化的数据控制激光熔覆制造，采用 激光束直接熔化金属粉，逐层堆积金属，结合实时反馈控制激光熔覆，逐点增材，从而实现 双合金双性能涡轮盘的制备。
【专利摘要】本发明涉及一种航空发动机双合金双性能涡轮盘及其制备方法，其中，航空发动机双合金双性能涡轮盘包括盘心区域和辐板区域，所述盘心区域靠近中轴的部位采用的材料为第一合金材料，所述盘心区域其他部位以及所述辐板区域采用的材料为第二合金材料，所述第一合金材料的线膨胀系数大于所述第二合金材料的线膨胀系数。本发明通过控制不同部位的线膨胀系数，不仅可以达到不同部位的耐温能力或者屈服强度要求，而且也可以让盘心区域靠近中轴的部位的热应力抵消部分周向应力，保证其在各自区域的工作需求和对涡轮盘所受应力的控制；且不需要通过增加涡轮盘厚度，制备工艺相对简单，制备成本低，能够在很大程度上降低航空发动机涡轮盘所受的应力。
【IPC分类】B22F3-105, F01D5-02, B22F5-08
【公开号】CN104712371
【申请号】CN201310681920
【发明人】白国娟, 韩品连, 侯乃先, 周超羡
【申请人】中航商用航空发动机有限责任公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月12日