[發明專利]一種具有復合性能的鈦合金整體葉片盤及其制造方法

有效

• 申請號: 200810114342.0
• 申請日: 2008-06-04
• 公開（公告）號: CN101598139A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 張永忠;石力開;席明哲;郭宏;徐駿;尹法章;張習敏
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: F04D29/26
• 分類號: F04D29/26;F04D29/02;C22C14/00;C23C24/10
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司
• 代理人: 程鳳儒

技術領域

本發明涉及一種具有復合性能的鈦合金整體葉片盤及其制造方法，屬于金屬基 復合材料及其制造領域。

背景技術

鈦合金具有密度低、比強度高、屈強比高、耐蝕性及良好的高溫力學性能，在 現代高推比航空發動機中用于制造壓氣機轉子零件(壓氣機輪盤及葉片)，隨著近 年來整體葉片盤結構的采用(壓氣機輪盤與葉片為一整體，取消了原來的榫槽連接 結構，使零件數量大大減少，整體重量明顯減輕，同時由于整體葉片盤可以消除傳 統葉片、輪盤結構中氣流在榫頭與榫槽中逸流所造成的損失，使發動機工作效率增 加，推重比得以提高)，航空發動機的性能得到顯著提高，壓氣機的級數逐漸減少， 壓氣機的工作溫度不斷提高(目前已達到600℃)，同時鈦合金整體葉片盤的制造成 本非常高(通常由鈦合金鍛坯通過五軸數控銑或電解加工而成，或者分別加工出盤 和葉片，然后通過電子束焊或摩擦焊連接成一體)，因此對鈦合金整體葉片盤的各 方面性能提出了更高的要求。

鈦合金整體葉片盤在使用過程中盤緣和盤芯存在較大的溫度梯度和應力梯度， 一般要求盤芯具有高的室溫塑性、強度和低周疲勞性能，而盤緣要求具有高的高溫 斷裂韌性和蠕變抗力，為解決盤芯與盤緣的性能差異，發展了結合熱加工變形及熱 處理控制獲得雙性能鈦合金壓氣機盤的工藝(輪緣具有網籃狀組織，輪輻、輪轂具 有等軸細晶組織，見姚澤坤等人撰寫的文章“雙性能鈦合金壓氣機盤的成形機理”， 發表于“中國有色金屬學報”，2000年，第10卷第3期，378-382頁)，該工藝在實 際生產中控制難度較大，效果不明顯，且不能提高鈦合金的使用溫度。

為滿足更高工作溫度的要求，美國、英國、俄羅斯、中國等先后研制成功最高 使用溫度在600℃左右的高溫鈦合金，如Ti1100、IMI834、BT36、Ti600等。為進一 步提高鈦合金的使用溫度，各國正在加緊研制Ti₃Al、TiAl合金及鈦基復合材料(見 趙永慶撰寫的文章“高溫鈦合金的研究”，發表于“鈦工業進展”，2001年，第1期， 33-39頁)。鈦基復合材料通過在鈦合金基體中加入一定量的纖維或顆粒，可以獲得 更高的比模量、比強度、高溫蠕變性能及疲勞和磨損抗力，顯著提高結構效率，是 未來650℃及更高溫度下使用的關鍵材料。連續纖維增強鈦基復合材料主要是以碳化 硅纖維作為增強體，雖可以顯著提高機械性能，但因連續纖維價格昂貴、制造工藝 復雜、材料各向異性等原因，導致其成本很高、技術難度大，限制了其廣泛使用。 而顆粒增強鈦基復合材料具有各向同性、易加工、成本相對降低等特點，正引起了 人們的廣泛關注。近年來，日本、美國的研究者采用粉末冶金結合原位反應制備出 低成本、高性能的顆粒增強鈦基復合材料，并在應用上取得重要突破。我國也正在 加緊研制650℃下能長期使用的TiC顆粒增強的TP650鈦基復合材料。傳統方法在制備 顆粒增強鈦基復合材料時同樣存在工藝復雜、增強體顆粒大、分布均勻性差、界面 反應、界面結合強度低及零件成形加工困難等缺點，也無法實現具有不同性能材料 在同一零件上的集成。