[發明專利]一種Ti175合金轉子葉片及其制備方法

在審

• 申請號: 202210825653.8
• 申請日: 2022-07-14
• 公開（公告）號: CN115288803A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 趙子博;王清江;劉巧沐;朱紹祥;劉建榮;張博華;楊久旭;陳志勇;孫昊;李文淵
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: F01D5/28
• 分類號: F01D5/28;C21D9/00;C22C14/00;C22F1/18
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發明屬于鈦合金熱加工技術領域，具體提供一種Ti175合金轉子葉片及其制備方法，所述轉子葉片的鍛態組織為等軸組織，其中α相具有10?10平行于葉片軸向的強絲織構。葉片經兩相區熱處理后次生α相則具有0001平行于葉片軸向的強絲織構。具有上述織構特征的組織可以有效地兼顧合金的強度和塑形，使合金的強度和塑性均高于一般鍛件。

技術領域

發明屬于鈦及鈦合金加工領域，具體涉及到一種轉子葉片用Ti175合金轉子葉片的制備工藝。

背景技術

Ti175是一種可在500～600℃使用，綜合性能優良的α+β型熱強性兩相鈦合金。該合金的塑性較好，可加工成棒材、鍛件、環件等形式的產品，目前主要應用于航空、航天領域，制造盤鍛件，葉片、機匣等關鍵受力構件。

發動機葉片受振動負荷較大、工況惡劣，對材料的高周疲勞要求較高。近期研究發現，合金的織構是葉片疲勞性能的關鍵因素，得到一種兼顧合金強度和塑形的強織構可以顯著提高葉片高周疲勞強度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Ti175合金轉子葉片及其制備方法，結合Ti175合金織構演化規律及其對力學性能的影響機制，設計出一種初生α相具有10-10平行于葉片軸向的強絲織構，而次生α相具有0001平行于葉片軸向的強絲織構的雙態組織。具有上述織構特征的雙態組織可以有效地兼顧合金的強度和塑形，使合金的強度和塑性均高于一般鍛件。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種Ti175合金轉子葉片，其特征在于：

(1)所述葉片鍛態組織為等軸組織，其中α相具有10-10平行于葉片軸向的強絲織構。

(2)所述葉片經兩相區熱處理后次生α相具有0001平行于葉片軸向的強絲織構。這種織構組合可以通過調整熱處理溫度實現不同織構類型和密度的組織。

一種Ti175合金轉子葉片的制備方法，其特征在于，葉片的制備包括如下步驟：

1)鑄錠的開坯鍛造：將合金鑄錠加熱至1150～1200℃，保溫10～24h后出爐鍛造，鍛比不小于4；然后將鑄錠加熱至T_β相變點以上10℃～30℃，進行2～3火次的鐓、拔變形，總鍛比不小于8，得到β相區開坯后的坯料；

2)鍛坯制備：將步驟1)中所得坯料在T_β相變點以下70℃～40℃進行3～4火次的鐓拔變形，然后鍛坯在T_β相變點以下70℃～40℃拔長、滾圓至目標尺寸，且總鍛比不小于10；

3)棒材成形：將步驟2)中所得鍛坯加熱至T_β相變點以下50℃～40℃，在精鍛機上通過2-4火次成形，要求至少有2火次的單次變形量不低于30％；

4)葉片成形：將步驟3)制備所得棒材加熱至T_β相變點以下50℃～40℃，在錘鍛機上1～2火次采用錘鍛成形。

本發明所述Ti175合金的成分按質量百分比計為，Al：6.2％～7.50％，Zr：3.0％～4.0％，Sn：1.50％～3.0％，Mo：3.50％～4.5％，Si：0.15％～0.35％，W：0.9％～2.0％，余量為Ti和不可避免的雜質元素。

作為優選的技術方案，所述Ti175合金中，元素W和Mo的含量滿足：W≥Mo/4且2.8％≤(Mo/2+W)≤3.2％；合金元素Zr和Si的含量滿足反向關系，且滿足：-(Zr/20)+0.35％≤Si≤-(Zr/20)+0.4％。

優選地，棒材成形階段鍛坯加熱至T_β相變點以下50℃～40℃，在精鍛機上通過2-4火次成形，要求至少有2火次的單次變形量不低于45％；

所述葉片的熱處理制度為：950～960℃下保溫1～3h后空冷+530～570℃保溫6～10h后空冷。