[發(fā)明專利]雙組織高溫合金整體材料的制備方法及試棒、葉盤和葉環(huán)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011306892.X
• 申請(qǐng)日: 2020-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN112548076A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李相偉;溫冬輝;王瑤;郭秋娟;鄭江鵬;丁仁根;初銘強(qiáng);張書彥;張鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東莞材料基因高等理工研究院;廣東書彥材料基因創(chuàng)新科技有限公司
• 主分類號(hào): B22D19/00
• 分類號(hào): B22D19/00;B22D27/08;B22D27/04;B22C9/04
• 代理公司: 廣州市越秀區(qū)哲力專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 44288
• 代理人: 楊艷

本發(fā)明公開了一種雙組織高溫合金整體材料的制備方法，包括：采用定向凝固工藝，制備出柱晶或單晶的高溫合金，再對(duì)高溫合金進(jìn)行機(jī)械加工，獲得籽晶；將籽晶放入模具內(nèi)，壓制蠟?zāi)＃辉賹?duì)蠟?zāi)＿M(jìn)行加工，制備出型殼，然后型殼經(jīng)過脫蠟和低溫焙燒后，得到模殼；將模殼放進(jìn)保溫爐中，隨爐升溫，保溫，得到加熱后的模殼；對(duì)合金進(jìn)行熔煉，化清后高溫精煉，降溫，并將合金澆注到模殼內(nèi)，得到澆注有合金的模殼；將澆注有合金的模殼進(jìn)行靜置，然后將模殼在轉(zhuǎn)動(dòng)下，進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)，使模殼的另一部分凝固成細(xì)晶。該方法可實(shí)現(xiàn)整體配件的一體化成型，大幅提高雙組織配件的合格率和生產(chǎn)效率。本發(fā)明還提供將該制備方法用于制備試棒、葉盤和葉環(huán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高溫合金精密鑄造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于制備葉盤、試棒、葉環(huán)的雙組織高溫合金整體材料的制備方法。

背景技術(shù)

高溫合金整體葉盤，是指渦輪盤和葉片一體化，其具有重量低，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代小型航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域。由于渦輪盤和葉片的服役環(huán)境不同，兩者所需材料的微觀組織和性能也存在巨大差異，如渦輪盤工作溫度低但應(yīng)力大，要求材料具備高的屈服強(qiáng)度和優(yōu)異的疲勞性能，材料組織為細(xì)等軸晶組織；而葉片工作溫度高應(yīng)力小，更側(cè)重于材料的高溫蠕變性能，微觀組織為定向柱晶或者單晶組織。但是傳統(tǒng)整體鑄造葉盤，盤體為粗大的等軸晶組織而葉片為細(xì)晶組織，難以滿足高推比航空發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。

為進(jìn)一步提高整體葉盤的承溫能力和屈服強(qiáng)度，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)部門設(shè)計(jì)一種整體雙組織葉盤，要求整體葉盤的葉片是定向柱晶或單晶組織，而盤體是為細(xì)晶組織。目前，國內(nèi)外主要有三種方法制備整體雙組織(雙合金)葉盤：

第一種方法為專利US4813470，其通過定向凝固和細(xì)晶技術(shù)一體化制備雙組織高溫合金葉盤，但上述制備方法存在以下不足：在橫向溫度梯度作用下，柱/單晶組織葉片的晶粒取向控制難度大，而且葉片數(shù)量多，導(dǎo)致整體葉盤的合格率較低。

第二種方法為專利CN103447759和CN104191184，其是首先制備出合格的柱晶/單晶葉片和細(xì)晶渦輪盤，然后通過熱等靜壓擴(kuò)散焊的方法實(shí)現(xiàn)細(xì)晶盤體與柱晶葉片的連接，但這種方法葉片定位難以精確控制，尤其是在熱等靜壓擴(kuò)散焊的過程中葉片和輪盤變形，導(dǎo)致葉片移位。另外，即使通過Bi-casting的方法固定葉片(如US4494287、US2006/0239825所記載的)，防止熱等靜壓過程中葉片移位，但通過熱等靜壓擴(kuò)散焊的方法連接的葉片和盤體，依然存在物理界面，難以實(shí)現(xiàn)葉片和盤體的冶金連接。

第三種方法為專利CN105312563，其是首先制備出細(xì)晶盤體，然后通過激光快速成型的方法，實(shí)現(xiàn)葉片和盤體界面的冶金連接及葉盤的一體化成型，但這種方法制備的葉片為細(xì)等軸晶組織，承溫能力遠(yuǎn)低于柱晶或者單晶組織，難以滿足現(xiàn)在高推比航空發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種一端為細(xì)晶組織、另一端為柱晶或單晶的雙組織高溫合金整體材料的制備方法，其通過籽晶和細(xì)晶鑄造的方法，簡(jiǎn)單高效的實(shí)現(xiàn)細(xì)晶-柱晶/單晶的連接以及整體雙組織配件一體化成型。

本發(fā)明還提供一種利用該制備方法來制備雙組織高溫合金試棒、雙組織高溫合金葉盤和雙組織高溫合金葉環(huán)。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種雙組織高溫合金整體材料的制備方法，包括如下步驟：

S1：籽晶的制備

采用定向凝固工藝，制備出柱晶或者單晶的高溫合金，再對(duì)高溫合金進(jìn)行機(jī)械加工，獲得籽晶；

S2：模殼的制備

將步驟S1中所得的籽晶放入模具內(nèi)，壓制蠟?zāi)＃辉俨捎萌勰ｈT造工藝對(duì)蠟?zāi)＿M(jìn)行加工，制備出型殼，然后型殼經(jīng)過脫蠟和低溫焙燒后，得到預(yù)埋籽晶的模殼；

S3：合金的澆注