CN106367666A - 一种高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺 - Google Patents

一种高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺，选用钛合金叶片坯料，按质量百分比及包括：C：3.3‑4.2%，Si：0.2‑3.6%，Mn：0.3‑1.0%，P<0.1%,S<0.05%,Ni：0.2‑3.0%，V：0.2‑1.5%，Ti：0.04‑0.6%，余为Fe及总量<0.3%的Cr、Co等微量元素；将上述合金材料投入熔炼炉中，并向熔炼炉中投入稀土元素，稀土元素的总重量为上述合金材料的0.10‑0.125%；稀土稀土元素中，按重量百分比包含以下组分：Gd：15‑18%，Pr：3‑5%，Dy：7‑9%，Ac：12.5‑12.8%，Nd：15‑20%，Sm：11‑13%，余量为La。

Description

一种高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺
技术领域
本发明涉及一种高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺。
背景技术
钛合金是一种新型结构材料，它具有优异的综合性能，如密度小（~4.5g·cm-3），比强度和比断裂韧性高，疲劳强度和抗裂纹扩展能力好，低温韧性良好，抗蚀性能优异，某些钛合金的最高工作温度为550ºC，预期可达700ºC；钛金属的密度较小，为4.5g/cm3，仅为铁的60%，通常与铝、镁等被称为轻金属，其相应的钛合金、铝合金、镁合金则称为轻合金；世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对钛合金材料进行研究开发，并且得到了实际应用。
因此它在航空、航天、化工、造船等工业部门获得日益广泛的应用，发展迅猛。轻合金、钢等的（σ0.2/密度）与温度的关系，钛合金的比强高于其他轻金属、钢和镍合金，并且这一优势可以保持到500ºC左右，因此某些钛合金适于制造燃气轮机部件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺，包括如下具体步骤：
选用钛合金叶片坯料，按质量百分比及包括：C：3.3-4.2%，Si：0.2-3.6%，Mn：0.3-1.0%，P<0.1%,S<0.05%,Ni：0.2-3.0%，V：0.2-1.5%，Ti：0.04-0.6%，余为Fe及总量<0.3%的Cr、Co等微量元素；将上述合金材料投入熔炼炉中，并向熔炼炉中投入稀土元素，稀土元素的总重量为上述合金材料的0.10-0.125%；稀土稀土元素中，按重量百分比包含以下组分：Gd：15-18%，Pr：3-5%，Dy：7-9%，Ac：12.5-12.8%，Nd：15-20%，Sm：11-13%，余量为La；
熔炼炉炉温升至910℃-940℃，待炉料全部融化后进行充分搅拌，并在910℃-940℃下保温1-3h；将上述合金液体自然冷却至合金液体温度880℃-850℃，再次加入与步骤中同样质量的稀土元素；待合金液体温度降温至800-850℃时进行充分搅拌，并在800-850℃下加入精炼剂精炼除渣5min-10min；
除渣处理后，将合金液体温度降至745-750℃并保温20min-30min，将炉温降至1130-1140℃，加入精炼剂，用氩气进行除气精炼5min-10min，并将合金液体温度恒定在905-910℃下进行浇铸；
浇铸后坯料表面用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，再将炉内升温至700℃-800℃，保温15分钟，按钛合金叶片坯料的重量百分比充入0.1-0.3％的氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温2-4小时，然后将炉内的温度以10℃/min的速度冷却至室温完成充氢处理；
对坯料进行第一次表面吹砂处理，并在钛合金叶片坯料的表面上喷涂钛合金玻璃润滑剂；
将模具放置于转底式保护气体电炉中预热，预热温度为750℃-800℃，将钛合金叶片坯料装入预热的模具内，再将模具移至液压机上的电阻炉内升温至850℃-940℃，保温10-20分钟；
对钛合金叶片预制坯料进行锻造，上模压下速度0.08mm/s-0.1mm/s，后对置氢钛合金叶片锻造坯料的表面进行第二次吹砂处理；
对钛合金叶片锻造坯料的表面依次进行清洗、脱氢并置于真空热处理炉内，将炉内温度升至700-800℃，保温5-6小时，叶片随炉冷却至室温，即得到置氢钛合金锻造叶片；
叶片表面设有耐高温金属涂层，耐高温金属涂层的成分按质量百分比为：C：0.03-0.05%，Si：0.17-0.19%，Mn：0.25-0.28%，Cr：5.36-5.39%，Ni：8.12-8.14%，Cu：1.32-1.35%，Mo：0.16-0.18%，Co：0.12-0.15%，V：0.36-0.45%，Zn：0.5-0.8%，Al：0.28-0.30%，Ti：0.16-0.18%，B：0.08-0.10%，Mg：0.45-0.48%，S≤0.03%，P≤0.05%，助剂：0.32-0.36%，余量为Fe；
助剂的化学成分质量百分比为：Ce：12-14%，Pr：2-5%，Nd：4-8%，Pm：3-5%，Gd：1-7%，Lu：3-9%，Dy：2-6%，Eu：3-5%，Ho：12-15%，Er：6-8%，Ni：0.2-0.5%，Zn：0.6-0.8%，Cu：0.7-0.9%，余量为La；
助剂的制备方法：先将Ce、Pr、Nd、Pm、Gd、Lu、Dy、Eu元素放入反应炉中，将温度增加至980-990℃，保温3-5小时，然后空冷至室温，然后放入球磨机中粉碎，过100目数，得粉末颗粒A，然后将Ho、Er、Ni、Zn、Cu、La元素放入反应炉中加热至1100-1200℃，保温3-5小时，然后先空冷至550-560℃，再以15-20℃/min的速度水冷至室温，然后放入球磨机中粉碎，过200目数，得粉末颗粒B，再将粉末颗粒A与粉末颗粒B按2:1.3的比例进行配比，然后搅拌均匀，即可得到助剂。
本发明进一步限定的技术方案是：
进一步的，前述的高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺，包括如下具体步骤：
选用钛合金叶片坯料，按质量百分比及包括：C：3.6%，Si：3.1%，Mn：0.8%，P<0.1%,S<0.05%,Ni：2.5%，V：1.3%，Ti：0.36%，余为Fe及总量<0.3%的Cr、Co等微量元素；将上述合金材料投入熔炼炉中，并向熔炼炉中投入稀土元素，稀土元素的总重量为上述合金材料的0.10-0.125%；稀土稀土元素中，按重量百分比包含以下组分：Gd：16%，Pr：4%，Dy：8%，Ac：12.7%，Nd：18%，Sm：12%，余量为La；
熔炼炉炉温升至910℃-940℃，待炉料全部融化后进行充分搅拌，并在910℃-940℃下保温1-3h；将上述合金液体自然冷却至合金液体温度880℃-850℃，再次加入与步骤中同样质量的稀土元素；待合金液体温度降温至800-850℃时进行充分搅拌，并在800-850℃下加入精炼剂精炼除渣5min-10min；
除渣处理后，将合金液体温度降至745-750℃并保温20min-30min，将炉温降至1130-1140℃，加入精炼剂，用氩气进行除气精炼5min-10min，并将合金液体温度恒定在905-910℃下进行浇铸；
浇铸后坯料表面用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，再将炉内升温至700℃-800℃，保温15分钟，按钛合金叶片坯料的重量百分比充入0.1-0.3％的氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温2-4小时，然后将炉内的温度以10℃/min的速度冷却至室温完成充氢处理；
对坯料进行第一次表面吹砂处理，并在钛合金叶片坯料的表面上喷涂钛合金玻璃润滑剂；
将模具放置于转底式保护气体电炉中预热，预热温度为750℃-800℃，将钛合金叶片坯料装入预热的模具内，再将模具移至液压机上的电阻炉内升温至850℃-940℃，保温10-20分钟；
对钛合金叶片预制坯料进行锻造，上模压下速度0.08mm/s-0.1mm/s，后对置氢钛合金叶片锻造坯料的表面进行第二次吹砂处理；
对钛合金叶片锻造坯料的表面依次进行清洗、脱氢并置于真空热处理炉内，将炉内温度升至700-800℃，保温5-6小时，叶片随炉冷却至室温，即得到置氢钛合金锻造叶片；
叶片表面设有耐高温金属涂层，耐高温金属涂层的成分按质量百分比为：C：0.04%，Si：0.18%，Mn：0.27%，Cr：5.38%，Ni：8.13%，Cu：1.34%，Mo：0.17%，Co：0.13%，V：0.39%，Zn：0.6%，Al：0.29%，Ti：0.17%，B：0.086%，Mg：0.47%，S≤0.03%，P≤0.05%，助剂：0.34%，余量为Fe；
助剂的化学成分质量百分比为：Ce：13%，Pr：3%，Nd：5%，Pm：4%，Gd：5%，Lu：6%，Dy：5%，Eu：4%，Ho：13%，Er：7%，Ni：0.3%，Zn：0.7%，Cu：0.8%，余量为La；
助剂的制备方法：先将Ce、Pr、Nd、Pm、Gd、Lu、Dy、Eu元素放入反应炉中，将温度增加至980-990℃，保温4小时，然后空冷至室温，然后放入球磨机中粉碎，过100目数，得粉末颗粒A，然后将Ho、Er、Ni、Zn、Cu、La元素放入反应炉中加热至1150℃，保温4小时，然后先空冷至555℃，再以18℃/min的速度水冷至室温，然后放入球磨机中粉碎，过200目数，得粉末颗粒B，再将粉末颗粒A与粉末颗粒B按2:1.3的比例进行配比，然后搅拌均匀，即可得到助剂。
前述的高韧性钛合金汽汽轮机叶片的处理工艺，步骤中按钛合金叶片坯料重量百分比充入0.25％的氢气。
前述的高韧性钛合金汽汽轮机叶片的处理工艺，步骤中锻造温度为800℃时，上模压下速度为0.08mm/s。
前述的高韧性钛合金汽汽轮机叶片的处理工艺，步骤中锻造温度为850℃时，上模压下速度为0.095mm/s。
前述的高韧性钛合金汽汽轮机叶片的处理工艺，步骤中锻造温度为940℃时，上模压下速度为0.1mm/s。
前述的高韧性钛合金汽汽轮机叶片的处理工艺，耐高温金属涂层的处理工艺按以下工序进行：
熔炼→喷涂→退火→回火→调质热处理→表面强化热处理→超声波探伤→清洁包装；
熔炼工序：将C、Si、Mn、Cr、Ni、Cu、Mo、Co、V、Zn、Al、Ti、B、Mg、S、P、Fe放入熔炼炉中，以5-8℃/s的速度加热至500-550℃，保温3-5小时，然后放入助剂，再加热至1350-1480℃，保温5-8小时，然后以5-12℃/min的冷却速度风冷至880-890℃，然后再空冷至室温即可得金属固体；
喷涂工序：将金属固体放入球磨机中，先加热至350-450℃，保温30-40min，然后开始进行粉碎，过100目数即可得到金属粉末,然后将金属粉末喷涂至叶片表面，厚度为0.5-0.8mm；然后整体加热至670-680℃，保温5-7小时，然后空冷至室温；
退火工序：将叶片加温至700-720℃，保温15-20分钟，然后炉冷至360-380℃后，保温10-15分钟，最后冷却至室温；
回火工序：回火温度720-730℃，到温后保温12-15min，然后空冷至室温；
调质热处理工序：采用一次正火+两次回火，先正火：将叶片加热至630-720℃，到温后保温10-15min，然后空冷至室温；再第一次回火：将叶片加热至820-830℃，到温后保温10-12min，然后空冷至室温，然后进行第二次回火；将叶片加热至960-980℃，到温后保温20-30min，然后空冷至室温即可；
表面强化热处理工序：将叶片加热至1000-1050℃，到温后保温10-18分钟，然后采用水冷，以1-3℃/s的冷却速度将叶片水冷至室温。
本发明的有益效果是：
本发明中对涂层的处理工艺：熔炼→喷涂→退火→回火→调质热处理→表面强化热处理→超声波探伤→清洁包装；
先进行退火处理，消除内应力，然后在经过回火，通过退火和回火处理能增加汽轮机叶片的整体强度，增加涂层与叶片的附着能力，不易脱落，增加涂层的使用寿命；
助剂中含有大量稀土元素，并通过回火及温度控制，从而使叶片的合金元素偏析现象明显减弱，可大幅度提高叶片的冲击韧度，提高叶片的抗疲劳强度，从而提高叶片的使用寿命；
由于叶片工作区为湿蒸汽区,且含有大量水滴，在很高的轮周速度及离心力下冲蚀叶片,使叶片顶部进气边产生点蚀而失效，叶片抗水蚀能力的高低直接影响到汽轮机的工作效率及安全运行；本发明通过调质热处理工序，可使叶片表面产生5-7mm厚回火马氏体组织，有效提高其抗水蚀能力；
正火后两次回火，进一步减小表面和心部的温度之差，从而使表面至心部性能趋于一致；不仅可提高叶片的抗水蚀能力，而且可以使组织更为均匀稳定，极少出现气孔及沙眼，保证了叶片的抗腐蚀性能，起到了意想不到的技术效果。
本发明通过表面强化热处理可以细化晶粒，同时提高叶片的韧性，可以减轻或消除带状组织等缺陷，提高叶片整体冲击性能，且通过冷却速度的快慢控制，而且使叶片组织更为均匀稳定，极少出现气孔及沙眼，且获得较好的综合力学性能和抗腐蚀性能。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺，包括如下具体步骤：
选用钛合金叶片坯料，按质量百分比及包括：C：3.7%，Si：2.7%，Mn：0.8%，P<0.1%,S<0.05%,Ni：2.5%，V：1.3%，Ti：0.36%，余为Fe及总量<0.3%的Cr、Co等微量元素；将上述合金材料投入熔炼炉中，并向熔炼炉中投入稀土元素，稀土元素的总重量为上述合金材料的0.10-0.125%；稀土稀土元素中，按重量百分比包含以下组分：Gd：16%，Pr：4%，Dy：8%，Ac：12.7%，Nd：18%，Sm：12%，余量为La；
熔炼炉炉温升至925℃，待炉料全部融化后进行充分搅拌，并在925℃下保温2h；将上述合金液体自然冷却至合金液体温度865℃，再次加入与步骤中同样质量的稀土元素；待合金液体温度降温至830℃时进行充分搅拌，并在830℃下加入精炼剂精炼除渣8min；
除渣处理后，将合金液体温度降至748℃并保温27min，将炉温降至1136℃，加入精炼剂，用氩气进行除气精炼7min，并将合金液体温度恒定在908℃下进行浇铸；
浇铸后坯料表面用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，再将炉内升温至700℃-800℃，保温15分钟，按钛合金叶片坯料的重量百分比充入0.1-0.3％的氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温2-4小时，然后将炉内的温度以10℃/min的速度冷却至室温完成充氢处理；
对坯料进行第一次表面吹砂处理，并在钛合金叶片坯料的表面上喷涂钛合金玻璃润滑剂；
将模具放置于转底式保护气体电炉中预热，预热温度为750℃-800℃，将钛合金叶片坯料装入预热的模具内，再将模具移至液压机上的电阻炉内升温至850℃-940℃，保温10-20分钟；
对钛合金叶片预制坯料进行锻造，上模压下速度0.08mm/s-0.1mm/s，后对置氢钛合金叶片锻造坯料的表面进行第二次吹砂处理；
对钛合金叶片锻造坯料的表面依次进行清洗、脱氢并置于真空热处理炉内，将炉内温度升至700-800℃，保温5-6小时，叶片随炉冷却至室温，即得到置氢钛合金锻造叶片；
叶片表面设有耐高温金属涂层，耐高温金属涂层的成分按质量百分比为：C：0.04%，Si：0.18%，Mn：0.27%，Cr：5.38%，Ni：8.13%，Cu：1.34%，Mo：0.17%，Co：0.13%，V：0.39%，Zn：0.6%，Al：0.29%，Ti：0.17%，B：0.086%，Mg：0.47%，S≤0.03%，P≤0.05%，助剂：0.34%，余量为Fe；
助剂的化学成分质量百分比为：Ce：13%，Pr：3%，Nd：5%，Pm：4%，Gd：5%，Lu：6%，Dy：5%，Eu：4%，Ho：13%，Er：7%，Ni：0.3%，Zn：0.7%，Cu：0.8%，余量为La；
助剂的制备方法：先将Ce、Pr、Nd、Pm、Gd、Lu、Dy、Eu元素放入反应炉中，将温度增加至980-990℃，保温4小时，然后空冷至室温，然后放入球磨机中粉碎，过100目数，得粉末颗粒A，然后将Ho、Er、Ni、Zn、Cu、La元素放入反应炉中加热至1150℃，保温4小时，然后先空冷至555℃，再以18℃/min的速度水冷至室温，然后放入球磨机中粉碎，过200目数，得粉末颗粒B，再将粉末颗粒A与粉末颗粒B按2:1.3的比例进行配比，然后搅拌均匀，即可得到助剂；
耐高温金属涂层的处理工艺按以下工序进行：
熔炼→喷涂→退火→回火→调质热处理→表面强化热处理→超声波探伤→清洁包装；
熔炼工序：将C、Si、Mn、Cr、Ni、Cu、Mo、Co、V、Zn、Al、Ti、B、Mg、S、P、Fe放入熔炼炉中，以6℃/s的速度加热至525℃，保温4小时，然后放入助剂，再加热至1420℃，保温6小时，然后以8℃/min的冷却速度风冷至885℃，然后再空冷至室温即可得金属固体；
喷涂工序：将金属固体放入球磨机中，先加热至420℃，保温35min，然后开始进行粉碎，过100目数即可得到金属粉末,然后将金属粉末喷涂至叶片表面，厚度为0.6mm；然后整体加热至675℃，保温6小时，然后空冷至室温；
退火工序：将叶片加温至715℃，保温18分钟，然后炉冷至375℃后，保温13分钟，最后冷却至室温；
回火工序：回火温度7250℃，到温后保温13min，然后空冷至室温；
调质热处理工序：采用一次正火+两次回火，先正火：将叶片加热至685℃，到温后保温13min，然后空冷至室温；再第一次回火：将叶片加热至825℃，到温后保温11min，然后空冷至室温，然后进行第二次回火；将叶片加热至975℃，到温后保温25min，然后空冷至室温即可；
表面强化热处理工序：将叶片加热至1025℃，到温后保温16分钟，然后采用水冷，以2℃/s的冷却速度将叶片水冷至室温。
前述的高韧性钛合金汽汽轮机叶片的处理工艺，步骤中按钛合金叶片坯料重量百分比充入0.25％的氢气；步骤中锻造温度为800℃时，上模压下速度为0.08mm/s；步骤中锻造温度为850℃时，上模压下速度为0.095mm/s；步骤中锻造温度为940℃时，上模压下速度为0.1mm/s。
实施例2
本实施例提供的一种高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺，包括如下具体步骤：
选用钛合金叶片坯料，按质量百分比及包括：C：3.6%，Si：3.1%，Mn：0.8%，P<0.1%,S<0.05%,Ni：2.5%，V：1.3%，Ti：0.36%，余为Fe及总量<0.3%的Cr、Co等微量元素；将上述合金材料投入熔炼炉中，并向熔炼炉中投入稀土元素，稀土元素的总重量为上述合金材料的0.10-0.125%；稀土稀土元素中，按重量百分比包含以下组分：Gd：16%，Pr：4%，Dy：8%，Ac：12.7%，Nd：18%，Sm：12%，余量为La；
熔炼炉炉温升至910℃-940℃，待炉料全部融化后进行充分搅拌，并在910℃-940℃下保温1-3h；将上述合金液体自然冷却至合金液体温度880℃-850℃，再次加入与步骤中同样质量的稀土元素；待合金液体温度降温至800-850℃时进行充分搅拌，并在800-850℃下加入精炼剂精炼除渣5min-10min；
除渣处理后，将合金液体温度降至745-750℃并保温20min-30min，将炉温降至1130-1140℃，加入精炼剂，用氩气进行除气精炼5min-10min，并将合金液体温度恒定在905-910℃下进行浇铸；
浇铸后坯料表面用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，再将炉内升温至700℃-800℃，保温15分钟，按钛合金叶片坯料的重量百分比充入0.1-0.3％的氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温2-4小时，然后将炉内的温度以10℃/min的速度冷却至室温完成充氢处理；
对坯料进行第一次表面吹砂处理，并在钛合金叶片坯料的表面上喷涂钛合金玻璃润滑剂；
将模具放置于转底式保护气体电炉中预热，预热温度为750℃-800℃，将钛合金叶片坯料装入预热的模具内，再将模具移至液压机上的电阻炉内升温至850℃-940℃，保温10-20分钟；
对钛合金叶片预制坯料进行锻造，上模压下速度0.08mm/s-0.1mm/s，后对置氢钛合金叶片锻造坯料的表面进行第二次吹砂处理；
对钛合金叶片锻造坯料的表面依次进行清洗、脱氢并置于真空热处理炉内，将炉内温度升至700-800℃，保温5-6小时，叶片随炉冷却至室温，即得到置氢钛合金锻造叶片；
叶片表面设有耐高温金属涂层，耐高温金属涂层的成分按质量百分比为：C：0.04%，Si：0.18%，Mn：0.27%，Cr：5.38%，Ni：8.13%，Cu：1.34%，Mo：0.17%，Co：0.13%，V：0.39%，Zn：0.6%，Al：0.29%，Ti：0.17%，B：0.086%，Mg：0.47%，S≤0.03%，P≤0.05%，助剂：0.34%，余量为Fe；
助剂的化学成分质量百分比为：Ce：13%，Pr：3%，Nd：5%，Pm：4%，Gd：5%，Lu：6%，Dy：5%，Eu：4%，Ho：13%，Er：7%，Ni：0.3%，Zn：0.7%，Cu：0.8%，余量为La；
助剂的制备方法：先将Ce、Pr、Nd、Pm、Gd、Lu、Dy、Eu元素放入反应炉中，将温度增加至980-990℃，保温4小时，然后空冷至室温，然后放入球磨机中粉碎，过100目数，得粉末颗粒A，然后将Ho、Er、Ni、Zn、Cu、La元素放入反应炉中加热至1150℃，保温4小时，然后先空冷至555℃，再以18℃/min的速度水冷至室温，然后放入球磨机中粉碎，过200目数，得粉末颗粒B，再将粉末颗粒A与粉末颗粒B按2:1.3的比例进行配比，然后搅拌均匀，即可得到助剂。
耐高温金属涂层的处理工艺按以下工序进行：
熔炼→喷涂→退火→回火→调质热处理→表面强化热处理→超声波探伤→清洁包装；
熔炼工序：将C、Si、Mn、Cr、Ni、Cu、Mo、Co、V、Zn、Al、Ti、B、Mg、S、P、Fe放入熔炼炉中，以5-8℃/s的速度加热至500-550℃，保温3-5小时，然后放入助剂，再加热至1350-1480℃，保温5-8小时，然后以5-12℃/min的冷却速度风冷至880-890℃，然后再空冷至室温即可得金属固体；
喷涂工序：将金属固体放入球磨机中，先加热至350-450℃，保温30-40min，然后开始进行粉碎，过100目数即可得到金属粉末,然后将金属粉末喷涂至叶片表面，厚度为0.5-0.8mm；然后整体加热至670-680℃，保温5-7小时，然后空冷至室温；
退火工序：将叶片加温至700-720℃，保温15-20分钟，然后炉冷至360-380℃后，保温10-15分钟，最后冷却至室温；
回火工序：回火温度720-730℃，到温后保温12-15min，然后空冷至室温；
调质热处理工序：采用一次正火+两次回火，先正火：将叶片加热至630-720℃，到温后保温10-15min，然后空冷至室温；再第一次回火：将叶片加热至820-830℃，到温后保温10-12min，然后空冷至室温，然后进行第二次回火；将叶片加热至960-980℃，到温后保温20-30min，然后空冷至室温即可；
表面强化热处理工序：将叶片加热至1000-1050℃，到温后保温10-18分钟，然后采用水冷，以1-3℃/s的冷却速度将叶片水冷至室温。
前述的高韧性钛合金汽汽轮机叶片的处理工艺，步骤中按钛合金叶片坯料重量百分比充入0.25％的氢气；步骤中锻造温度为800℃时，上模压下速度为0.08mm/s；步骤中锻造温度为850℃时，上模压下速度为0.095mm/s；步骤中锻造温度为940℃时，上模压下速度为0.1mm/s。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺，其特征在于，包括如下具体步骤：
选用钛合金叶片坯料，按质量百分比及包括：C：3.3-4.2%，Si：0.2-3.6%，Mn：0.3-1.0%，P<0.1%,S<0.05%,Ni：0.2-3.0%，V：0.2-1.5%，Ti：0.04-0.6%，余为Fe及总量<0.3%的Cr、Co等微量元素；将上述合金材料投入熔炼炉中，并向熔炼炉中投入稀土元素，所述稀土元素的总重量为上述合金材料的0.10-0.125%；所述稀土稀土元素中，按重量百分比包含以下组分：Gd：15-18%，Pr：3-5%，Dy：7-9%，Ac：12.5-12.8%，Nd：15-20%，Sm：11-13%，余量为La；
熔炼炉炉温升至910℃-940℃，待炉料全部融化后进行充分搅拌，并在910℃-940℃下保温1-3h；将上述合金液体自然冷却至合金液体温度880℃-850℃，再次加入与步骤中同样质量的稀土元素；待合金液体温度降温至800-850℃时进行充分搅拌，并在800-850℃下加入精炼剂精炼除渣5min-10min；
除渣处理后，将合金液体温度降至745-750℃并保温20min-30min，将炉温降至1130-1140℃，加入精炼剂，用氩气进行除气精炼5min-10min，并将合金液体温度恒定在905-910℃下进行浇铸；
浇铸后坯料表面用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，再将炉内升温至700℃-800℃，保温15分钟，按钛合金叶片坯料的重量百分比充入0.1-0.3％的氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温2-4小时，然后将炉内的温度以10℃/min的速度冷却至室温完成充氢处理；
对坯料进行第一次表面吹砂处理，并在钛合金叶片坯料的表面上喷涂钛合金玻璃润滑剂；
将模具放置于转底式保护气体电炉中预热，预热温度为750℃-800℃，将钛合金叶片坯料装入预热的模具内，再将模具移至液压机上的电阻炉内升温至850℃-940℃，保温10-20分钟；
对钛合金叶片预制坯料进行锻造，上模压下速度0.08mm/s-0.1mm/s，后对置氢钛合金叶片锻造坯料的表面进行第二次吹砂处理；
对钛合金叶片锻造坯料的表面依次进行清洗、脱氢并置于真空热处理炉内，将炉内温度升至700-800℃，保温5-6小时，叶片随炉冷却至室温，即得到置氢钛合金锻造叶片；
所述叶片表面设有耐高温金属涂层，所述耐高温金属涂层的成分按质量百分比为：C：0.03-0.05%，Si：0.17-0.19%，Mn：0.25-0.28%，Cr：5.36-5.39%，Ni：8.12-8.14%，Cu：1.32-1.35%，Mo：0.16-0.18%，Co：0.12-0.15%，V：0.36-0.45%，Zn：0.5-0.8%，Al：0.28-0.30%，Ti：0.16-0.18%，B：0.08-0.10%，Mg：0.45-0.48%，S≤0.03%，P≤0.05%，助剂：0.32-0.36%，余量为Fe；
所述助剂的化学成分质量百分比为：Ce：12-14%，Pr：2-5%，Nd：4-8%，Pm：3-5%，Gd：1-7%，Lu：3-9%，Dy：2-6%，Eu：3-5%，Ho：12-15%，Er：6-8%，Ni：0.2-0.5%，Zn：0.6-0.8%，Cu：0.7-0.9%，余量为La；
所述助剂的制备方法：先将Ce、Pr、Nd、Pm、Gd、Lu、Dy、Eu元素放入反应炉中，将温度增加至980-990℃，保温3-5小时，然后空冷至室温，然后放入球磨机中粉碎，过100目数，得粉末颗粒A，然后将Ho、Er、Ni、Zn、Cu、La元素放入反应炉中加热至1100-1200℃，保温3-5小时，然后先空冷至550-560℃，再以15-20℃/min的速度水冷至室温，然后放入球磨机中粉碎，过200目数，得粉末颗粒B，再将粉末颗粒A与粉末颗粒B按2:1.3的比例进行配比，然后搅拌均匀，即可得到助剂。
2.根据权利要求1所述的高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺，其特征在于，包括如下具体步骤：
选用钛合金叶片坯料，按质量百分比及包括：C：3.6%，Si：3.1%，Mn：0.8%，P<0.1%,S<0.05%,Ni：2.5%，V：1.3%，Ti：0.36%，余为Fe及总量<0.3%的Cr、Co等微量元素；将上述合金材料投入熔炼炉中，并向熔炼炉中投入稀土元素，所述稀土元素的总重量为上述合金材料的0.10-0.125%；所述稀土稀土元素中，按重量百分比包含以下组分：Gd：16%，Pr：4%，Dy：8%，Ac：12.7%，Nd：18%，Sm：12%，余量为La；
熔炼炉炉温升至910℃-940℃，待炉料全部融化后进行充分搅拌，并在910℃-940℃下保温1-3h；将上述合金液体自然冷却至合金液体温度880℃-850℃，再次加入与步骤中同样质量的稀土元素；待合金液体温度降温至800-850℃时进行充分搅拌，并在800-850℃下加入精炼剂精炼除渣5min-10min；
除渣处理后，将合金液体温度降至745-750℃并保温20min-30min，将炉温降至1130-1140℃，加入精炼剂，用氩气进行除气精炼5min-10min，并将合金液体温度恒定在905-910℃下进行浇铸；
浇铸后坯料表面用丙酮清洗后，放置在管式置氢炉内，将炉内抽真空至10-3Pa，再将炉内升温至700℃-800℃，保温15分钟，按钛合金叶片坯料的重量百分比充入0.1-0.3％的氢气，充入氢气的流量为1L/min，保温2-4小时，然后将炉内的温度以10℃/min的速度冷却至室温完成充氢处理；
对坯料进行第一次表面吹砂处理，并在钛合金叶片坯料的表面上喷涂钛合金玻璃润滑剂；
将模具放置于转底式保护气体电炉中预热，预热温度为750℃-800℃，将钛合金叶片坯料装入预热的模具内，再将模具移至液压机上的电阻炉内升温至850℃-940℃，保温10-20分钟；
对钛合金叶片预制坯料进行锻造，上模压下速度0.08mm/s-0.1mm/s，后对置氢钛合金叶片锻造坯料的表面进行第二次吹砂处理；
对钛合金叶片锻造坯料的表面依次进行清洗、脱氢并置于真空热处理炉内，将炉内温度升至700-800℃，保温5-6小时，叶片随炉冷却至室温，即得到置氢钛合金锻造叶片；
所述叶片表面设有耐高温金属涂层，所述耐高温金属涂层的成分按质量百分比为：C：0.04%，Si：0.18%，Mn：0.27%，Cr：5.38%，Ni：8.13%，Cu：1.34%，Mo：0.17%，Co：0.13%，V：0.39%，Zn：0.6%，Al：0.29%，Ti：0.17%，B：0.086%，Mg：0.47%，S≤0.03%，P≤0.05%，助剂：0.34%，余量为Fe；
所述助剂的化学成分质量百分比为：Ce：13%，Pr：3%，Nd：5%，Pm：4%，Gd：5%，Lu：6%，Dy：5%，Eu：4%，Ho：13%，Er：7%，Ni：0.3%，Zn：0.7%，Cu：0.8%，余量为La；
所述助剂的制备方法：先将Ce、Pr、Nd、Pm、Gd、Lu、Dy、Eu元素放入反应炉中，将温度增加至980-990℃，保温4小时，然后空冷至室温，然后放入球磨机中粉碎，过100目数，得粉末颗粒A，然后将Ho、Er、Ni、Zn、Cu、La元素放入反应炉中加热至1150℃，保温4小时，然后先空冷至555℃，再以18℃/min的速度水冷至室温，然后放入球磨机中粉碎，过200目数，得粉末颗粒B，再将粉末颗粒A与粉末颗粒B按2:1.3的比例进行配比，然后搅拌均匀，即可得到助剂。
3.根据权利要求1或2所述的高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺，，其特征在于：步骤中按钛合金叶片坯料重量百分比充入0.25％的氢气。
4.根据权利要求1或2所述的高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺，，其特征在于：步骤中锻造温度为800℃时，上模压下速度为0.08mm/s。
5.根据权利要求1或2所述的高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺，，其特征在于：步骤中锻造温度为850℃时，上模压下速度为0.095mm/s。
6.根据权利要求1或2所述的高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺，，其特征在于：步骤中锻造温度为940℃时，上模压下速度为0.1mm/s。
7.根据权利要求1或2所述的高韧性钛合金汽轮机叶片的处理工艺，其特征在于：所述耐高温金属涂层的处理工艺按以下工序进行：
熔炼→喷涂→退火→回火→调质热处理→表面强化热处理→超声波探伤→清洁包装；
所述熔炼工序：将C、Si、Mn、Cr、Ni、Cu、Mo、Co、V、Zn、Al、Ti、B、Mg、S、P、Fe放入熔炼炉中，以5-8℃/s的速度加热至500-550℃，保温3-5小时，然后放入助剂，再加热至1350-1480℃，保温5-8小时，然后以5-12℃/min的冷却速度风冷至880-890℃，然后再空冷至室温即可得金属固体；
所述喷涂工序：将金属固体放入球磨机中，先加热至350-450℃，保温30-40min，然后开始进行粉碎，过100目数即可得到金属粉末,然后将金属粉末喷涂至叶片表面，厚度为0.5-0.8mm；然后整体加热至670-680℃，保温5-7小时，然后空冷至室温；
所述退火工序：将叶片加温至700-720℃，保温15-20分钟，然后炉冷至360-380℃后，保温10-15分钟，最后冷却至室温；
所述回火工序：回火温度720-730℃，到温后保温12-15min，然后空冷至室温；
所述调质热处理工序：采用一次正火+两次回火，先正火：将叶片加热至630-720℃，到温后保温10-15min，然后空冷至室温；再第一次回火：将叶片加热至820-830℃，到温后保温10-12min，然后空冷至室温，然后进行第二次回火；将叶片加热至960-980℃，到温后保温20-30min，然后空冷至室温即可；
所述表面强化热处理工序：将叶片加热至1000-1050℃，到温后保温10-18分钟，然后采用水冷，以1-3℃/s的冷却速度将叶片水冷至室温。
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