[發明專利]一種鑄造鈦合金制造的熱機械部件的方法

有效

• 申請號: 200980137246.0
• 申請日: 2009-09-22
• 公開（公告）號: CN102159340A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 澤維爾·波德奎因;吉爾伯特·勒康特
• 申請（專利權）人: 斯奈克瑪
• 主分類號: B21K3/04
• 分類號: B21K3/04;C22F1/18
• 代理公司: 中國商標專利事務所有限公司 11234
• 代理人: 萬學堂

技術領域

本發明涉及一種鑄造熱機械部件的方法，所述熱機械部件用β或者α/β鈦合金制成。本發明還涉及一種制造熱機械部件的方法，該方法包括鑄造方法。

本發明還涉及一種熱機械部件，該部件由該鑄造方法或由制造方法產生，所述的熱機械部件經過β-鑄造的α/β合金鑄造，具有細小且均勻的顯微組織，晶粒尺寸達到50～100微米(μm)數量級。

本發明還涉及一種包括這種熱機械部件的渦輪機。

具體而言，但是以非限制的方式，本發明應用于渦輪機的旋轉部件，例如圓盤、耳軸和葉輪，尤其是應用于高壓壓縮機的圓盤，尤其是應用于集成有葉片的轉子(IBRs)。典型地這種旋轉部件具有大于10mm的厚度，或者甚至20mm或者30mm。

本發明涉及各種類型的溫度穩定的鈦合金：β類或者α/β類鈦合金(在這里這些術語指的是制造完成的部件的結構)。

本發明更具體地涉及到被稱為“β-鑄造的α/β合金”合金的鈦合金，在這里提到的“α/β”對應于部件的顯微結構，也就是，對應于鈦的α和β相共存，部件經過鑄造成形。鑄造方法具體包括通過沖壓將鈦合金變形為β域的最后步驟。

鈦合金的β域對應于溫度高于β轉換溫度(transus?temperature)T_β，在這里低于β轉換溫度T_β的溫度對應于α/β域。

背景技術

現在，本申請的申請人使用的制造高壓的壓縮機圓盤的技術中，包括IBRs，對應于下面說明的圖1所示的鑄造方法。

最初，澆鑄得到的鈦合金錠被轉變為具有任意想要的形狀的坯錠，通常是圓柱形。

這樣的坯錠構成了半成品，是通過熔化母合金一次或者多次然后澆鑄成一個錠而得到的，該錠本身是應用精確地熱力循環鑄造的(它不對應于本發明的鑄造方法)，進行這個過程是為了減小錠的截面，同時得到具有可控的冶金和尺寸特性的坯錠。

舉例說明，熔化操作(s)是使用下面的技術之一完成的：真空電弧重熔法(VAR)，電子束冷爐膛精煉法(EBCHR)，或者等離子熔煉法(PAM)。

然后該坯錠經受圖1用溫度圖所示的鑄造方法，坯錠經受的溫度是照時間的函數。

作為一般(但不總是)的規則，首先進行的第一鑄造步驟包括一個或多個中間鑄造操作或者稱“毛坯鑄造”。

在這種毛坯鑄造期間，首先從t₀到t₁的時間里，坯錠被從環境溫度T₀加熱到低于β轉換溫度T_β的溫度T₁，(參考a)。通常，這個溫度T₁達到β轉換溫度減去60℃(T_β-60℃)，這個溫度上升時間取決于坯錠的體積，例如，對于一個直徑200mm的坯錠需要2小時。

其后，從t₁到t₂的時間里，坯錠維持在溫度T₁(參考b)，相應的時間周期大約1小時，或者更多，以保證組成坯錠的所有材料已經達到溫度T₁，在進行的鑄造操作流程(forging?operation?proper)(參考c)之前，也就是從t₂到t₃的期間，相應的持續時間為幾十秒對坯錠擠壓(沖壓)，捶打，軋制，...等熱塑性變形方法，從而形成毛坯。在這個鑄造操作期間，該毛坯是在環境空氣中，因此部件表面自然冷卻幾十度而部件核心冷卻了一點或者甚至升高了幾度，這取決于部件的體積和鑄造條件，尤其取決于變形的速度。

最后，為了完成鑄造毛坯，在從t₃到t₄的時間里，毛坯被冷卻(參考d)到環境溫度T₀，相應的周期大約為幾十分鐘。