[發(fā)明專利]一種精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310433621.4
• 申請(qǐng)日: 2013-09-22
• 公開（公告）號(hào): CN103509974A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州華宇精密鑄造有限公司
• 主分類號(hào): C22C14/00
• 分類號(hào): C22C14/00;C22F1/18;C23C4/12;C23C4/10
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 劉憲池

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，屬于鈦基合金制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

Ti-6Al-4V是使用最廣泛、最成熟的典型的(α+β)兩相鈦合金，各國(guó)相繼研發(fā)的歷史已近四十年、并有各自的合金牌號(hào)。其成份特征為：合金元素允許波動(dòng)范圍較寬(Al：5.5％-6.75％)，雜質(zhì)允許含量較高(Fe：0.3％max、O：0.2％max、H：0.015％max)；從而帶來(lái)較高的冶金缺陷可能性、較低的塑性和韌性及較短的使用壽命。為此，以美、英為首的少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家又在近20年開發(fā)了相應(yīng)的低間隙合金，如美國(guó)UNS?R56401、ASTM?F468、Grade23、AMS4930、Ti-64ELI，英國(guó)IMI318ELI，法國(guó)TA6VELI等，廣泛應(yīng)用于低溫、醫(yī)療、艦船及飛行器等重要領(lǐng)域。其成份特征為：合金元素允許波動(dòng)范圍較窄(Al：5.5％～6.5％)，雜質(zhì)允許含量較低(Fe：0.25％max、O：0.13％max、H：0.0125％)；從而帶來(lái)較小的冶金缺陷可能性、較高的塑性和韌性、較好的焊接性能及較長(zhǎng)的使用壽命。比Ti-6Al-4V合金的K1C提高近一倍、da/dN降低達(dá)一個(gè)數(shù)量級(jí)，現(xiàn)已應(yīng)用在先進(jìn)的戰(zhàn)斗機(jī)和新一代民機(jī)上。例如，美國(guó)將Ti-6Al-4V和Ti-6Al-4V?ELI合金應(yīng)用于F-16戰(zhàn)斗機(jī)的水平尾翼轉(zhuǎn)軸、波音767的第一號(hào)駕駛艙風(fēng)檔玻璃窗骨架和UH60A“黑鷹”、SH60B“海鷹”、CH53E“超級(jí)種馬”等直升機(jī)的主旋翼、尾旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)部件。民機(jī)波音747的主起落架用的支撐梁大型模鍛件(重1545kg、長(zhǎng)6.2m、寬0.95m、投影面積4.06m2)，自1969年開始生產(chǎn)直到如今仍在供應(yīng)中。如今，美國(guó)第四代戰(zhàn)機(jī)F22、F/A-18E/F等的Ti-6Al-4V(Ti-6Al-4V?ELI)鈦合金應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入采用更大型整體模鍛件的成熟應(yīng)用階段，如F22戰(zhàn)斗機(jī)零件中鈦合金占飛機(jī)重量的41％，其中Ti-6Al-4V?ELI又占鈦合金重量的87.5％。其中F-22后機(jī)身整體式隔框(重1590kg、長(zhǎng)3.8m、寬1.7m、投影面積5.53m2)是目前世界上最大的鈦合金閉式模鍛件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種操作方便、工藝可控性強(qiáng)的精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法。該工藝可使鈦合金葉輪保持良好的強(qiáng)度、斷裂韌性及塑性的匹配，性能批次穩(wěn)定性提高。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種精密鑄造鈦合金葉輪的制備方法，其特征在于：所述合金的各組分質(zhì)量百分含量包括：Al?4-5％、Ni?0.7-0.8％、Nb?0.5-0.6％、V?0.5-0.7％、Cr?0.3-0.4％、Si?0.1-0.2％、In?0.07-0.09％、Cu?0.03-0.04％、Pr?0.03-0.04％、Y?0.01-0.02％，Mn?0.75-0.8％，Mo?0.5-0.7％，Sn?0.7-0.9％，余量為鈦及不可避免的非金屬夾雜，

精密鑄造鈦合金葉輪制備方法：包括以下步驟：按照上述比例配制合金，合金材料熔煉、澆注：熔化溫度：1780－1800℃，澆注溫度為1730－1700℃；后進(jìn)行脫模，得到的葉輪進(jìn)行熱處理：首先將葉輪加熱到700-750℃進(jìn)行淬火，而后經(jīng)過(guò)三次時(shí)效處理，第一次時(shí)效處理在控制溫度460℃，保溫2.5-3h，真空條件下通氬氣風(fēng)機(jī)攪拌冷卻，第二次時(shí)效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為410℃，保溫9-10h出爐空冷；第三次時(shí)效處理是在空氣箱式爐，控制溫度為370℃，保溫12-14h出爐空冷；

熱處理后對(duì)葉輪表面進(jìn)行處理，首先選擇多棱型230目剛玉砂進(jìn)行表面粗化處理，再采用堿性氫氧化物80％，螯合劑7.5％，三羥基苯12.5％，三種表面活化劑混合物的熱溶液對(duì)加工后的鈦合金葉輪表面進(jìn)行活化處理，對(duì)活化后的葉輪進(jìn)行熱噴涂WC系金屬陶瓷；WC系金屬陶瓷顆粒大小為450μm，通過(guò)噴槍使WC系金屬陶瓷在葉輪上沉積成耐磨涂層，得到最終葉輪。WC系金屬陶瓷主要成分：WC?21～25份，Co?4-5份，Cr?1份，Mo?5-12份。

所述合金的各組分質(zhì)量百分含量包括：Al?4.5％、Ni?0.75％、Nb?0.55％、V?0.6％、Cr?0.35％、Si?0.15％、In?0.08％、Cu?0.035％、Pr?0.035％、Y?0.015％，Mn?0.78％，Mo?0.6，Sn?0.6％，余量為鈦及不可避免的非金屬夾雜，