CN103540798A

CN103540798A - 一种发动机叶片及其制造方法

Info

Publication number: CN103540798A
Application number: CN201310490728.2A
Authority: CN
Inventors: 王文姣; 邢桂生; 李茜
Original assignee: 王文姣
Priority date: 2013-10-20
Filing date: 2013-10-20
Publication date: 2014-01-29

Abstract

本发明公开了一种发动机叶片，所述发动机叶片为高塑性TiAl基合金，以重量百分含量表示，该高塑性TiAl基合金的组成为：Al：28~36%，Cr：7.9~9.8%，V：4.2~6.8%，Ta：0.02~0.12%，Mg：0.92~1.85%，Ni：0.70~1.15%，Ti：0.08~0.15%，稀土：0.02~0.10%，Nb：0.025~0.086%，余量为Ti和不可避免的杂质；在高塑性TiAl基合金叶片的表面以下1~2mm的横截面处，偏聚于晶界和相界上的Mg的体积浓度为12~17%；所述高塑性TiAl基合金叶片的抗拉强度为590~620MPa，屈服强度为610~670Mpa。

Description

一种发动机叶片及其制造方法

技术领域

本发明涉及发动机领域，具体涉及发动机叶片及其制造方法。

背景技术

钛铝合金由于该一系列优异的特性，被广泛地应用于航空航天工业、能源工业、海上运输工业等方面。欧洲航天局也曾启动了航空研究计划，就是旨在掌握钛铝基合金航空发动机叶片和燃气轮机叶片。飞机发动机推重比是评价现代飞机发动机的主要指标之一，它对飞机性能有着决定性的作用。当前应用于发动机叶片的时候，较为常见的成型方法为精密铸造方法。采用熔模精密铸造工艺制备TiAl基合金构件，特别是形状复杂的构件，可得到无余量或近无余量的精密复杂构件，大幅度减少金属损耗，提高材料的利用率，减少大量机加工工时，大幅度降低生产成本。

目前使用较多的钛合金精密铸造用型壳，大致可分为：石墨型壳、钨面层陶瓷型壳、氧化物陶瓷型壳等。但是由于模具形成方式的不足以及铸造过程的参数设计不合理，导致成型后的零件表面和内部缺陷均比较多。

发明内容

本发明的目的之一在于提出一种发动机叶片；

本发明的目的之二在于提出一种发动机叶片的制造方法；

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种发动机叶片，所述发动机叶片为高塑性TiAl基合金，以重量百分含量表示，该高塑性TiAl基合金的组成为：Al：28~36%，Cr：7.9~9.8%，V：4.2~6.8%，Ta：0.02~0.12%，Mg：0.92~1.85%，Ni：0.70~1.15%，Ti：0.08~0.15%，稀土：0.02~0.10%，Nb：0.025~0.086%，余量为Ti和不可避免的杂质；

所述发动机叶片采用精密铸造的制备而成；

在高塑性TiAl基合金的发动机叶片的表面以下1~2mm的横截面处，偏聚于晶界和相界上的Mg的体积浓度为12~17%；

所述高塑性TiAl基合金的发动机叶片的抗拉强度为590~620MPa，屈服强度为610~670Mpa。

作为优选，所述稀土为混合稀土，其重量百分比组成为：La：35~42%，Pr：25~29%，Sm：12~19%，Tb：16~21%，余量为Ce。

一种发动机叶片的制造方法，包括以下步骤：

1）精密铸造，按照前述的高塑性TiAl基合金的化学组成配制高塑性TiAl基合金材料，采用水溶性型芯，采用现有系统设计得到模型，采用快速成型机，采用现有激光烧结工艺逐层烧结聚苯乙烯粉，再浸蜡后制得熔模，然后对熔模进行表面与内部的清洗；将熔模浸入到面层涂料中沾浆后取出，然后进行面层的撒砂、干燥，得到模壳，将模壳放入加热炉中，在温度为1050~1150℃，保温2.8~3.2h，然后随炉冷却到室温，得到模具；将配制的铁基高温合金材料熔炼成液态后倒入模型型壳内进行浇注，浇注温度为1100～1180℃，浇注后将精密铸造成的叶片自然冷却至室温，然后去除浇注系统，得到发动机叶片；

2）对得到的发动机叶片进行热等静压，温度为890~915℃，压力为160~200MPa，保压时间为3.8~6.8小时。

3）退火：将热等静压后得到的发动机叶片加热至625~660℃保温2~4h，然后将温度降至390~430℃保温1~1.8h，再降至360~385℃出炉，出炉后自然冷却至室温；

4）精加工：将经退火处理后的发动机叶片用硬质合金刀具精加工成成品的发动机叶片。

作为优选，在退火之后和精加工之前还进行淬火和回火热处理，所述淬火为：将发动机叶片加热至890~920℃保温1~2h，然后出炉以油淬；所述回火为：将淬火后的发动机叶片加热至160~210℃保温2~3h，然后出炉空冷至室温。

作为优选，所述面层涂料为氧化锆、二醋酸锆、脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇按照重量份比例为3.2~3.8：1：0.0004~0.001：0.0004~0.0010的配比通过搅拌、静置而得到的。

作为优选，所述退火的加热步骤先加热到260~300℃，保温0.8~1.5h，然后再加热至625~660℃。

本发明的效果在于：

通过特定的合金配比以及具体稀土元素的选取，将Mg改善TiAl合金铸态片状微观结构的塑性性能得到进一步强化，通过精密铸造以及热处理方式和温度的选取，可以使得Mg偏聚于晶界和相界的体积浓度达到合适的范围，从而使得叶片强度和耐用性得到了大幅度的提升；

通过特定的热处理（热等静压+退火+淬火+回火）方式，使得内部微观组织得到质的改变，从而极大的改善了抗拉强度和屈服强度，提升了发动机叶片的使用性能。

具体实施方式

实施例1

一种发动机叶片，其特征在于，所述发动机叶片为高塑性TiAl基合金，以重量百分含量表示，该高塑性TiAl基合金的组成为：Al：29%，Cr：8.8%，V：5.8%，Ta：0.08%，Mg：1.15%，Ni：0.95%，Ti：0.11%，稀土：0.08%，Nb：0.076%，余量为Ti和不可避免的杂质；

所述发动机叶片采用精密铸造的制备而成；

在高塑性TiAl基合金的发动机叶片的表面以下1.5mm的横截面处，偏聚于晶界和相界上的Mg的体积浓度为16%；抗拉强度为600MPa，屈服强度为620Mpa。

实施例2：

一种发动机叶片，所述发动机叶片为高塑性TiAl基合金，以重量百分含量表示，该高塑性TiAl基合金的组成为：Al：32%，Cr：8.2%，V：4.8%，Ta：0.09%，Mg：0.99%，Ni：0.95%，Ti：0.09%，稀土：0.09%，Nb：0.046%，余量为Ti和不可避免的杂质；所述稀土为混合稀土，其重量百分比组成为：La：39%，Pr：27%，Sm：18%，Tb：19%，余量为Ce；

所述发动机叶片采用精密铸造的制备而成；

在高塑性TiAl基合金的发动机叶片的表面以下2mm的横截面处，偏聚于晶界和相界上的Mg的体积浓度为16.5%；

所述高塑性TiAl基合金的发动机叶片的抗拉强度为615MPa，屈服强度为660Mpa。

实施例3：

一种发动机叶片的制造方法，包括以下步骤：

1）精密铸造，按照前述的高塑性TiAl基合金的化学组成配制高塑性TiAl基合金材料，采用水溶性型芯，采用现有系统设计得到模型，采用快速成型机，采用现有激光烧结工艺逐层烧结聚苯乙烯粉，再浸蜡后制得熔模，然后对熔模进行表面与内部的清洗；将熔模浸入到面层涂料中沾浆后取出，然后进行面层的撒砂、干燥，得到模壳；所述面层涂料为氧化锆、二醋酸锆、脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇按照重量份比例为3.65：1：0.0008：0.0006的配比通过搅拌、静置而得到的。将模壳放入加热炉中，在温度为1080℃，保温3.1h，然后随炉冷却到室温，得到模具；将配制的铁基高温合金材料熔炼成液态后倒入模型型壳内进行浇注，浇注温度为1160℃，浇注后将精密铸造成的叶片自然冷却至室温，然后去除浇注系统，得到发动机叶片；

2）对得到的发动机叶片进行热等静压，温度为898℃，压力为180MPa，保压时间为4.8小时。

3）退火：将热等静压后得到的发动机叶片先加热到285℃，保温1.28h，然后再加热至640℃保温3.2h，然后将温度降至392℃保温1.6h，再降至375℃出炉，出炉后自然冷却至室温；

3.1）淬火和回火热处理，所述淬火为：将发动机叶片加热至899℃保温1.8h，然后出炉以油淬；所述回火为：将淬火后的发动机叶片加热至180℃保温2.2h，然后出炉空冷至室温。

Claims

1.一种发动机叶片，其特征在于，所述发动机叶片为高塑性TiAl基合金，以重量百分含量表示，该高塑性TiAl基合金的组成为：Al：28~36%，Cr：7.9~9.8%，V：4.2~6.8%，Ta：0.02~0.12%，Mg：0.92~1.85%，Ni：0.70~1.15%，Ti：0.08~0.15%，稀土：0.02~0.10%，Nb：0.025~0.086%，余量为Ti和不可避免的杂质；

所述发动机叶片采用精密铸造的制备而成；

2.根据权利要求1所述的发动机叶片，其特征在于，所述稀土为混合稀土，其重量百分比组成为：La：35~42%，Pr：25~29%，Sm：12~19%，Tb：16~21%，余量为Ce。

3.一种权利要求1所述发动机叶片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）精密铸造，按照权利要求1所述的高塑性TiAl基合金的化学组成配制高塑性TiAl基合金材料，采用水溶性型芯，采用现有系统设计得到模型，采用快速成型机，采用现有激光烧结工艺逐层烧结聚苯乙烯粉，再浸蜡后制得熔模，然后对熔模进行表面与内部的清洗；将熔模浸入到面层涂料中沾浆后取出，然后进行面层的撒砂、干燥，得到模壳，将模壳放入加热炉中，在温度为1050~1150℃，保温2.8~3.2h，然后随炉冷却到室温，得到模具；将配制的铁基高温合金材料熔炼成液态后倒入模型型壳内进行浇注，浇注温度为1100～1180℃，浇注后将精密铸造成的叶片自然冷却至室温，然后去除浇注系统，得到发动机叶片；

2）对得到的发动机叶片进行热等静压，温度为890~915℃，压力为160~200MPa，保压时间为3.8~6.8小时；

4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，在退火之后和精加工之前还进行淬火和回火热处理，所述淬火为：将发动机叶片加热至890~920℃保温1~2h，然后出炉以油淬；所述回火为：将淬火后的发动机叶片加热至160~210℃保温2~3h，然后出炉空冷至室温。

5.根据权利要求3或4所述的制造方法，其特征在于，所述面层涂料为氧化锆、二醋酸锆、脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇按照重量份比例为3.2~3.8：1：0.0004~0.001：0.0004~0.0010的配比通过搅拌、静置而得到的。

6.根据权利要求3或5所述的制造方法，其特征在于，所述退火的加热步骤先加热到260~300℃，保温0.8~1.5h，然后再加热至625~660℃。