[發明專利]一種雙性能鈦合金盤的慣性摩擦焊與等溫變形復合制備工藝

有效

• 申請號: 202010636583.2
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111850441B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 趙張龍;宋旭陽;閔曉楠;姚澤坤;寧永權
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;C22F3/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種雙性能鈦合金盤的慣性摩擦焊與等溫變形復合制備工藝，首先確定符合雙性能鈦合金盤工作環境的兩種鈦合金的結構尺寸，并在低于β轉變溫度下進行退火處理，然后將兩種退火態鈦合金進行慣性摩擦焊接，再將焊態雙合金盤加熱進行等溫變形，最后進行梯度熱處理獲得組織均勻、性能較好的雙性能鈦合金盤。本發明突破雙合金盤連接技術瓶頸問題，最大程度發揮雙合金?雙性能盤的結構效益。該雙性能鈦合金盤的慣性摩擦焊+等溫變形復合制備技術能夠獲得組織細小，強度、塑性較好的雙鈦合金盤，可用于制備高性能雙鈦合金整體構件。

技術領域

本發明屬于金屬合金的鍛造成形技術領域，涉及一種雙性能鈦合金盤的慣性摩擦焊與等溫變形復合制備工藝。

背景技術

發動機盤工作時處于高溫高速旋轉狀態，盤芯部位與盤緣部位的受力和環境狀態不同，需要同時滿足盤芯和盤緣部位的不同力學性能，即雙性能要求。雙性能可以通過不同組織對應不同性能的單合金雙組織盤來實現或不同合金不同性能的雙合金盤來實現。雙組織-雙性能盤是采用鍛造結合熱處理工藝來制備同一合金盤緣和盤芯部位的兩種組織實現雙性能，該工藝成形方法簡單、盤件質量易于控制，但雙性能極限必然受到單一合金材料自身特性的限制。雙合金-雙性能盤是將兩種合金通過特殊工藝連接起來制成雙性能盤，可充分發揮兩種合金各自的性能優勢，使盤芯和盤緣部位能夠在不同的受力和環境狀態下工作，在未來高推重比發動機的使用潛力巨大。雙合金-雙性能盤目前主要采用熱等靜壓+超塑性鍛造、異種合金焊接的工藝進行試制，但熱等靜壓+超塑性鍛造后的雙合金結合區強度并未得到明顯提升，且由于雙合金熔點相差較大，導致后續熱處理困難；異種合金焊接的工藝雖然在一定程度上實現了雙合金盤連接過渡，但焊接過渡區內空隙、粗大晶粒、非均勻組織等“弱連接”質量問題卻限制了其實際應用。

異種雙合金焊接過程中的空隙、粗大晶粒、非均勻組織等“弱連接”問題，易形成使用裂紋源、降低性能。若能消除“弱連接”部位殘留缺陷，實現雙合金連接的均勻過渡，雙合金整體構件的性能則會得到大幅度提升。因此，避免或消除異種雙合金焊接處的“弱連接”問題、大力推動異種雙合金件的適用范圍、進而帶動整體裝備的發展，一直是國內外研究學者追逐的目標。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種雙性能鈦合金盤的慣性摩擦焊與等溫變形復合制備工藝，突破雙合金盤連接技術瓶頸問題，最大程度發揮雙合金-雙性能盤的結構效益，有效解決雙合金-雙性能盤結合區的“弱連接”問題，實現雙合金-雙性能盤制備。

技術方案

一種雙性能鈦合金盤的慣性摩擦焊與等溫變形復合制備工藝，其特征在于步驟如下：

步驟1、結構設計：根據雙性能鈦合金盤的使用環境需求，選擇高溫鈦合金作為盤緣、高強鈦合金作為盤芯，將盤緣設計為內錐度為5～30°的圓環，作為固定旋轉端，將盤芯設計為具有相同錐度的內軸，作為移動端，圓環和內軸錐形同心度控制在0.5mm范圍內；

步驟2、退火處理：對盤緣圓環和盤芯內軸進行粗加工至0.5～2mm的加工余量，然后分別在電阻爐中進行焊前標準退火處理，退火制度根據材料標準選擇，退火后再次進行精加工至設計尺寸；

步驟3、慣性摩擦焊：采用慣性摩擦焊設備上，將盤緣圓環作固定旋轉端，盤芯內軸作移動端進行慣性摩擦焊，獲得焊態雙合金坯；摩擦焊工藝參數設置轉速為300～950r/min、頂鍛力為400～1600psi、保壓時間為5～40s，焊后空冷至室溫；

步驟4、加熱：通過機加工去除焊態雙合金坯的飛邊，然后在電阻爐中加熱焊態雙合金坯至兩種鈦合金重疊的鍛造變形溫度，保溫時間t，按照最大厚度h，根據t＝h×(0.6～1.5)min/mm計算，同時將等溫變形模具加熱至同樣溫度、熱透；