[發明專利]一種鈦合金整體葉片盤及其制造方法

有效

• 申請號: 200910236948.6
• 申請日: 2009-10-29
• 公開（公告）號: CN102052342A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 張永忠;石力開;黃燦;郭宏;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: F04D29/02
• 分類號: F04D29/02;B23P15/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 童曉琳

技術領域

本發明屬于鈦合金材料及其制造技術領域，特別涉及一種鈦合金整體葉片盤及其制造方法。

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零件(如壓氣機機匣、輪盤及葉片等)，然而，在實際工作的溫度、壓力和氣流等作用下，鈦合金葉片葉尖容易與機匣發生碰磨，導致鈦合金被點燃后持續燃燒，形成“鈦火”事故，針對鈦合金的“鈦火”問題，目前主要通過防鈦火涂層及采用阻燃鈦合金來加以解決。例如，通過雙層輝光等離子滲技術，在鈦合金表面滲Cr、Cu等，形成阻燃合金層，但該技術存在高溫處理時間長、滲層薄、影響基體力學性能等問題(見張平則等撰寫的文章“Ti-6Al-4V表面雙層輝光離子滲Cr研究”，發表于“兵器材料科學與工程”，2005年，第28卷第1期，17-20頁；張平則等撰寫的文章“Ti-Cu表面阻燃鈦合金研究”，發表于“稀有金屬材料與工程”，2005年，第34卷第1期，162-165頁)；美國研制了基于Ti-V-Cr系的Alloy?C阻燃鈦合金，俄羅斯研制了Ti-Cu-Al系BTT-1、BTT-3合金，我國研制了Ti-V-Cr系的Ti40阻燃鈦合金(見辛社偉、趙永慶等撰寫的文章“Al元素對Ti-V-Cr系阻燃鈦合金熱強性影響的研究”，發表于“稀有金屬材料與工程”，2007年，第36卷第9期，1613-1616頁)；Ti-V-Cr系合金具有良好的阻燃性能和力學性能，但由于合金含有大量昂貴的V元素并且合金的可鍛性較差而導致成本很高，Ti-Cu-Al系存在綜合力學性能較差，工作溫度較低的問題，而鈦鋁金屬間化合物合金(TiAl或Ti₃Al)具有良好的阻燃性能，但由于室溫塑性很低，很難實現應用(見雷力明等撰寫的文章“阻燃鈦合金的研究和發展”，發表于“材料導報”，2003年，第17卷第5期，21-23頁)。

隨著近年來整體葉片盤結構的采用，航空發動機的性能得到顯著提高，壓氣機的級數逐漸減少，壓氣機葉片的工作溫度不斷提高(目前已達到600℃)，因此對鈦合金整體葉片盤的防“鈦火”性能及高溫強度提出了更高的要求。鈦合金整體葉片盤在使用過程中輪盤承受著轉子葉片及輪盤高速運轉所產生的離心力，要求輪盤具有高的室溫塑性、強度和低周疲勞性能，而葉片需要更高的高溫強度、剛性及阻燃性能等。目前鈦合金的最高使用溫度在550-600℃之間，在600℃以上，鈦合金的蠕變抗力和高溫抗氧化性急劇下降以及“鈦火”問題是限制其向更高溫度發展的主要障礙。而TiAl金屬間化合物合金，特別是雙相γ-TiAl金屬間化合物具有優異的高溫強度、剛性、蠕變抗力、抗氧化性以及高的彈性模量和阻燃性能，在壓氣機葉片上具有很好的應用前景。目前，已有的TiAl基合金熔焊及固態連接技術還不能很好地解決連接界面強度低的問題(見陳國慶等撰寫的文章“TiAl基合金及其連接技術的研究進展”，發表于“焊接”，2007年，第1期，17-20頁)。

綜上所述，為滿足未來高性能航空發動機的發展需要，研制輪盤具有高的室溫塑性、強度及低周疲勞性能而葉片具有良好阻燃性能和高溫強度的鈦合金整體葉片盤十分必要，而已有技術很難實現。

發明內容

本發明的目的是提供一種鈦合金整體葉片盤及其制造方法。

一種鈦合金整體葉片盤，該整體葉片盤由輪盤和葉片組成，輪盤與葉片為一整體，其特征在于：所述輪盤由高強度鈦合金組成，所述葉片由鈦鋁金屬間化合物合金組成。

所述輪盤與葉片之間的成分過渡為直接過渡。

一種優選的技術方案為：所述高強度鈦合金選自牌號為TA11、TA12、TC4、TC11、或TC17的鈦合金。

一種優選的技術方案為：所述鈦鋁金屬間化合物合金為雙相γ-TiAl合金，所述雙相γ-TiAl合金優選Ti-48Al-2Cr-2Nb、Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B、Ti-47Al-2.5Nb-2(Cr+V)、或Ti-47Al-2Mn-2Nb-0.8TiB₂，其中，元素前的數字代表該元素的原子百分比，Ti為其余，TiB₂為體積百分比。

一種鈦合金整體葉片盤的制造方法，其特征在于：采用鍛造方法制備出高強度鈦合金輪盤，然后采用激光熔化沉積方法在鈦合金輪盤上制備出鈦鋁金屬間化合物合金葉片，該方法步驟如下，

(1)將鈦鋁金屬間化合物合金棒材制成預合金化球形粉末，篩選出粒度在50～150μm之間的預合金化球形粉末；