[發(fā)明專利]用于在軸對稱部件中產(chǎn)生具有結(jié)構(gòu)梯度的微結(jié)構(gòu)的設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680074665.4
• 申請日: 2016-11-04
• 公開（公告）號: CN108431239B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 讓-米歇爾·帕特里克·莫里斯·弗朗謝;吉爾·查爾斯·卡西米爾·克萊因
• 申請（專利權(quán)）人: 賽峰集團(tuán)
• 主分類號: C21D1/00
• 分類號: C21D1/00;C22F1/10
• 代理公司: 中國商標(biāo)專利事務(wù)所有限公司 11234
• 代理人: 宋義興;桑麗茹

本發(fā)明涉及一種用于在具有中空中心并且初始具有均勻的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)的軸對稱機(jī)械部件(P)中產(chǎn)生具有結(jié)構(gòu)梯度的微結(jié)構(gòu)的設(shè)備(1)，該設(shè)備(1)包括限定第一室的第一加熱器裝置(2)，其用于容納機(jī)械部件(P)并且適于將所述機(jī)械部件(P)的外周邊(E)加熱至高于固溶溫度的第一溫度(T1)。該設(shè)備(1)包括限定第二室的第二加熱器裝置(3)，其布置在第一室內(nèi)并且適于將所述機(jī)械部件(P)的內(nèi)周邊(I)加熱到低于固溶溫度的第二溫度(T2)，第一室和第二室之間的空間限定適于容納具有中空中心的軸對稱機(jī)械部件(P)的凹部(L)。

背景技術(shù)

本發(fā)明涉及在機(jī)械部件中，并且更具體地涉及在中心中空的軸對稱部件中產(chǎn)生具有結(jié)構(gòu)梯度的微結(jié)構(gòu)。

環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，諸如ACARE2020標(biāo)準(zhǔn)，并且減少航空器制造商所施加的持有成本，即運行和維護(hù)成本的需求，要求發(fā)動機(jī)制造商開發(fā)性能不斷提高的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，并且特別是主要降低特定燃料消耗。

尋求減少消耗導(dǎo)致需要通過減少熱部件特別是盤的通風(fēng)來提高發(fā)動機(jī)的效率。通風(fēng)減少的直接后果是需要具有更好的耐高溫材料。

在提高耐高溫能力的材料領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)展：更耐火的材料，粉末冶金技術(shù)等。

盡管如此，溫度的改善是非常有限的，材料的化學(xué)成分本身并不能滿足設(shè)定的目標(biāo)。

推后材料極限的一種方法是使部件的微結(jié)構(gòu)適應(yīng)部件所經(jīng)受的局部機(jī)械應(yīng)力。具體而言，在部件中，機(jī)械應(yīng)力根據(jù)所考慮的區(qū)域可能不同。因此，最佳微結(jié)構(gòu)可以根據(jù)所考慮的區(qū)域在部件內(nèi)變化。換句話說，期望得到具有兩個微結(jié)構(gòu)或具有梯度的微結(jié)構(gòu)的單個部件。

例如，對于作為渦輪噴氣發(fā)動機(jī)中承受最大溫度和機(jī)械應(yīng)力的部件之一的渦輪盤而言，材料的性能取決于其具有優(yōu)化的均勻微結(jié)構(gòu)的能力，以實現(xiàn)在各種不同的所需機(jī)械性能之間的最好折衷，這往往是相互矛盾的。

使用用于制造渦輪盤的兩種微結(jié)構(gòu)或微結(jié)構(gòu)梯度可以避免這種折衷。由于其在中等溫度下的牽引和疲勞特性以及在同一盤的輪緣中的粗晶粒結(jié)構(gòu)，為了具有更好的性能，就耐高溫、蠕變和裂紋而言，有必要在盤的孔中具有細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)。

術(shù)語“細(xì)晶粒”結(jié)構(gòu)用于表示其中晶粒被γ'或δ相阻斷的結(jié)構(gòu)，而術(shù)語“粗晶粒”結(jié)構(gòu)用于表示晶粒未被那些相阻斷的結(jié)構(gòu)。

通常，結(jié)構(gòu)中晶粒的尺寸根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)給出，其中1ASTM對應(yīng)于225微米(μm)的晶粒尺寸，即粗晶粒，并且10ASTM對應(yīng)于10μm的晶粒尺寸，即細(xì)晶粒。

通常，對于任何類型的合金，如果其尺寸大于9ASTM，則認(rèn)為晶粒的尺寸對應(yīng)于“細(xì)”晶粒尺寸。

根據(jù)合金的類型，可以認(rèn)為晶粒粗糙的晶粒尺寸可以變化。通常，晶粒尺寸應(yīng)小于7ASTM。這特別適用于由粉末冶金制備的合金(N18，N19)。對于AD730、R65和U720類型的傳統(tǒng)合金，如果晶粒尺寸小于4ASTM，則認(rèn)為晶粒是粗糙的，而對于Inco718，取決于達(dá)到的溫度，如果晶粒尺寸范圍從3ASTM到6ASTM，則認(rèn)為晶粒是粗糙的。

已知用于實現(xiàn)盤類型的部件中的結(jié)構(gòu)梯度的一種手段是執(zhí)行熱處理，其自身呈現(xiàn)出梯度。

具有溫度梯度的這種熱處理的目的是在部件內(nèi)以階段溫度進(jìn)行溶解處理，使得：

-在最高溫度區(qū)域，溫度高于阻斷晶界的相的溶解溫度，也稱為固溶溫度；以及

-在最低溫度區(qū)域，溫度低于固溶溫度。

晶界對應(yīng)于多晶結(jié)構(gòu)內(nèi)同類晶體之間的界面。對于鎳基合金，所討論的相是γ'或δ相。因此，在熱處理溫度超過γ'或δ相的固溶溫度的區(qū)域，晶粒生長以形成有利于蠕變和裂紋性能的結(jié)構(gòu)，而在熱處理過程中溫度保持低于固溶溫度的區(qū)域，結(jié)構(gòu)保持由鍛造產(chǎn)生的其晶粒尺寸，這通常相對精細(xì)并且有利于牽引和疲勞性能。

為了進(jìn)行這種類型的熱處理，已知有兩種類型的熱處理策略。