[發(fā)明專利]用于金屬部件高溫成形的芯以及制造、再生和成形方法

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• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN114051437A
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: G·C·C·凱文;D·M·S·馬格納德克斯
• 申請（專利權(quán)）人: 賽峰飛機發(fā)動機公司
• 主分類號: B23P15/04
• 分類號: B23P15/04;B21K3/04;C23C8/02;C23C8/80;C23C8/30;C23C8/36;F01D5/14;F01D5/28;F04D29/02;F04D29/32
• 代理公司: 上海專利商標事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 王穎;江磊

本發(fā)明涉及一種用于對由鈦基合金制成的金屬部件進行高溫成形的金屬芯(20)。金屬芯(20)在旨在與金屬部件接觸的外表面(23)上具有金屬碳氮化物富集的材料層。金屬芯(20)包含鎳基或鈷基合金。金屬芯(20)包含鋼涂層(20B)，鋼涂層(20B)具有旨在與金屬部件接觸的外表面(23)，鋼涂層(20B)具有金屬碳氮化物富集的材料層(24)。本發(fā)明還涉及制造和再生金屬芯(20)的方法以及使用金屬芯(20)將金屬部件高溫成形的方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及鈦基合金金屬部件的制造，例如渦輪葉片的前緣護罩。

現(xiàn)有技術(shù)

這種前緣護罩通常為旋轉(zhuǎn)葉片的前緣提供沖擊保護。本文中，“葉片”表示風扇葉片和機翼葉片。為了限制它們的重量，這些葉片通常由纖維增強聚合物基質(zhì)復(fù)合材料制成。盡管這些材料通常具有非常良好的機械性能，特別是與它們的質(zhì)量有關(guān)，但它們對點撞擊特別敏感，這可能尤其會導(dǎo)致在材料內(nèi)產(chǎn)生分層等。因此，通常由高抗性金屬材料(例如鈦合金)制成的護罩通常安裝在這種葉片的前緣上，以保護它們免受這些沖擊。這些護罩通常采用薄壓力側(cè)鰭片和薄吸力側(cè)鰭片的形式，由橫跨前緣的較厚部分連接，整個組件在前緣和相鄰的壓力側(cè)和吸力側(cè)部分呈葉片形狀。壓力側(cè)鰭片和吸力側(cè)鰭片分別在葉片的壓力側(cè)和吸力側(cè)的這些部分上延伸，主要用于將護罩定位和固定到前緣。

為了提高葉片的空氣動力學性能，它們的前緣形狀越來越復(fù)雜，這使得必須采用這些形狀的護罩的制造變得復(fù)雜。

在一個方法中，護罩主要通過由合金棒鍛造而制造，經(jīng)過彎曲、回火和擠出的連續(xù)步驟，最后一步是扭轉(zhuǎn)以將鰭片連接在一起并校準較厚的部分。然而，將這種已知的方法應(yīng)用于與通常用于前緣護罩的鈦合金一樣堅固的材料具有明顯的缺點：由于鍛造工具的顯著磨損和大量制造步驟導(dǎo)致的制造成本高，以及由于很難獲得非常薄的鰭片厚度或鰭片和較厚部分之間的過渡半徑小的技術(shù)缺陷。

文獻WO2011/114073描述了一種圍繞芯的護罩的熱成形方法。該芯可以任選地覆蓋有由氧化釔層組成的抗擴散屏障。然而，該氧化釔層必須通過等離子體沉積來沉積。這種技術(shù)相對昂貴并且可能難以在芯的整個外表面上獲得均勻的層。實際上，葉片的形狀逐漸變得復(fù)雜，因此這種葉片的前緣也使得前緣上的芯的形狀變得越來越復(fù)雜。

此外，事實證明，氧化釔層的降解速度相對較快，這限制了再利用芯的可能性。而且，這種工藝較為昂貴。

文獻FR3049883描述了一種用于對鎳基或鈷基合金芯進行碳氮共滲以在芯的金屬合金和要成形的金屬部件的鈦基合金之間形成擴散屏障的方法。

但是，鎳基或鈷基合金芯的碳氮共滲處理一般需要超過100個小時，甚至150小時左右，時間非常長。

在以下描述中，術(shù)語“上游”和“下游”是相對于沿著燃燒室環(huán)形壁外側(cè)的空氣流的法線方向來定義的。術(shù)語“內(nèi)部”和“外部”分別表示燃燒室內(nèi)部和外部的區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容

本公開旨在至少部分地彌補這些缺點。

本公開涉及一種用于對鈦基合金金屬部件進行熱成形的金屬芯，該金屬芯包含鎳基或鈷基合金芯，上述鎳基或鈷基合金包含鉻、鉬和/或鈦，并且上述金屬芯包含具有旨在與金屬部件接觸的外表面的鋼涂層，上述鋼涂層具有金屬碳氮化物富集材料層。

藉由包含鎳基或鈷基合金的金屬芯，可以對鈦基合金金屬部件進行熱成形，例如旨在形成旋轉(zhuǎn)葉片前緣的金屬部件。這種熱成形使得可以通過金屬部件的熱塑性變形制造具有復(fù)雜三維幾何形狀的部件，甚至是特別堅硬的板材，其具有特別有利的物理特性，特別是高疲勞強度。鎳基或鈷基合金在高溫(例如1000℃)下不會變形或僅輕微變形。

同樣由于鎳基或鈷基合金包含鉻、鉬和/或鈦的事實，在金屬芯的表面上形成的金屬碳氮化物富集材料層在高溫下、特別是在熱力學上是穩(wěn)定的。應(yīng)注意，鉻、鉬和/或鈦的質(zhì)量含量越高，金屬碳氮化物富集材料層的穩(wěn)定性越高。

由于鋼涂層，金屬芯可以更容易地被碳氮共滲。