一种高温合金薄壁冷却锥体构件的制作方法
技术领域
本发明属于精密加工技术领域,涉及一种高温合金薄壁冷却锥体构件的制作方法。
背景技术
为提高新型航空航天发动机与燃气轮机高温端构件的耐高温性能和使用寿命,经常采用高温合金薄壁气膜冷却结构。这种气膜冷却结构一般通过在薄壁锥体构件的四周均布大量特定形状的微小气膜槽来实现。一般气膜槽窄距小于0.6mm,且形状复杂。
上述带有气膜冷却结构的薄壁锥体构件通常用如下几种方法制作:1、激光切孔法,在锥体上用激光打孔,但孔深有限制且孔型难于精确保证;2、电腐蚀穿孔法,由于电极磨损导致孔精度及锥面角度无法保证,且存在高温部件不能允许烧蚀层;3、精铸成型法,精铸件强度以及热应力性能均无法满足高温高压薄壁件要求;4、3D打印技术,理论上可行,但由于该锥体构件的特殊性,目前3D打印工艺无法满足内孔表面精度要求和整体构件尺寸要求。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种高温合金薄壁冷却锥体构件的制作方法,采取分体制造与瞬时液相过渡连接(TLP)的工艺,克服了高温合金薄壁冷却锥体构件制作难题,可以制作出满足应用要求的大型锥体构件。
本发明是通过以下技术方案来实现:
一种高温合金薄壁冷却锥体构件的制作方法,包括以下操作:
1)用高温合金材料卷制薄壁内锥筒,然后进行表面打磨与热校形;热校形后在内锥筒表面加工出气膜槽,并抛研去除表面烧蚀层;
2)用高温合金材料卷制薄壁外锥筒,然后进行表面打磨与热校形;热校形后在外锥筒表面切割出气膜孔,并抛研去除表面烧蚀层;
3)在薄壁内锥筒外表面预置薄带钎料,然后将薄壁外锥筒装配在薄壁内锥筒上,装配间隙不超过0.02mm;
将预组装的内外锥筒放入工装,工装能够自薄壁内锥筒内侧、自外锥筒薄壁外锥筒外侧施加预紧力;
4)将工装移入真空钎焊炉中,在0.005-0.1Pa、温度为1300℃-1400℃的条件进行瞬时液相扩散焊接30-60min;并在900℃-1200℃温度下进行热处理1-2h;热处理完成后随炉冷却;
5)将瞬时液相扩散焊连接后的锥体构件进行精加工与整形后检验。
所述薄壁锥体构件的材料为GH4648合金;锥体构件内外筒TLP连接的钎料为HBNi68WCrSiB。
所述的热校形是将卷制的内锥筒放入能够两面夹持锥面的工装内,于再结晶温度下校形,主要保证产品椎面的直线度达到0.1mm,大小端直径误差不超过0.1mm。
采用电腐蚀或电火花线切割的方式按照设计要求在内锥筒表面加工出气膜槽。
将连接面预置钎料后进行精密装配;其中,钎料为0.02-0.05mm厚的薄带钎料,通过点焊的方式将钎料固定在内锥的外表面的凸台处,压紧后内外环落差平行度不超过0.2mm。
将预组装的内外锥筒放入工装,固定后施加预紧力,5吨压力;工装内表面涂覆阻焊剂。
所述的工装内设有滑块,工装之间产生缝隙,就可以内胎工装拆除,三瓣通过外环压紧到外壁,拆除外环后拆除工装外壳。
所述在进行瞬时液相扩散焊时,真空度要求冷态真空度达到8×10-3Pa,工作真空度不低于4×10-2Pa,合金溶化温度为1336-1353℃;
热处理制度为固溶处理1000-1160,保温时间为1-2min/mm,真空时效为880-920℃,保温6h;瞬时液相扩散焊在固溶处理过程中完成。
瞬时液相扩散焊后的冷却程序为:填充惰性气体使炉内压力上升到8×104Pa后,启动风扇搅拌气体,快速冷却到65℃以下出炉。
所述的精加工包括修磨,锉刀去毛刺,打磨外型,抛光、车床找正气膜孔,气膜孔等高误差不超过0.1mm,去除锥面的端面多余量。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
1)本发明采用的分体制造+TLP工艺,可实现上述高温合金薄壁冷却锥体构件的制作;2)本发明采用的制作方法可实现气膜孔形状、尺寸、表面粗糙度的精确控制,同时避免气膜孔内表面产生烧蚀层;3)本发明方法采用的TLP连接工艺,既能保证锥体构件的强度等性能(气膜孔宽3mm、高度0.5mm、长度170mm,误差不超过0.05mm),又避免钎料堵塞气膜孔;其中采用非晶态HBNi68WCrSiB钎料,该钎料在钎焊过程中会扩散至零件母材中,既保证了零件的强度又不会阻塞气膜孔影响零件性能。
附图说明
图1为本发明薄壁椎体构件的内锥筒示意图;
图2为本发明薄壁椎体构件的外锥筒示意图;
图3为本发明的内锥筒与外锥筒装配示意图之一;
图4为图3的局部放大示意图;
图5为本发明的内锥筒与外锥筒装配示意图之二;
图6为内锥筒与外锥筒在工装夹紧示意图;
图7为本发明的剖面示意图。
其中,101为内锥筒,102为气膜槽,103为气膜孔,104为外锥筒;
1为内撑;2为外箍;3为箍束;4为紧固带。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述,所述是对本发明的解释而不是限定。
一种高温合金薄壁冷却锥体构件(带有气膜冷却结构的构件)的制作方法,针对已设计好的冷却锥体构件,采用分体制造+TLP(瞬时液相扩散焊)的工艺,包括以下操作:
1)用规定的高温合金材料卷制内锥筒,然后进行表面打磨与热校形;
所述的热校形是将卷制的内锥筒放入能够两面夹持锥面的工装内,于再结晶温度下校形,主要保证产品椎面的直线度达到0.1mm,大小端直径误差不超过0.1mm;
2)在内锥筒表面加工出气膜槽,并抛研去除表面烧蚀层;其中,采用电腐蚀或电火花线切割的方式按照设计要求在内锥筒表面加工出气膜槽(参见图1);
3)卷制薄壁外锥筒,热校形后切割气膜孔,再抛研(砂纸打磨)去除表面烧蚀层(参见图2);其中热校形、切割气膜孔的操作与内锥筒加工方式相同;
4)将连接面预置钎料后进行精密装配;
其中,钎料为薄带钎料(0.02-0.05mm厚)通过点焊的方式将钎料固定在内锥的外表面的凸台处,压紧后内外环落差平行度不超过0.2mm,贴合面间隙不超过0.02mm(参见图3-图5,装配时将气膜孔与气膜槽相对准);
5、在钎焊炉中进行TLP焊接及热处理;将预组装的内外锥筒放入工装(参见图6-图7),固定后施加预紧力,5吨压力;工装内表面涂覆阻焊剂;
TLP焊接及热处理为:真空条件为0.005-0.1Pa,温度为1300℃-1400℃,处理时间20-30min;滑块,工装之间产生缝隙,就可以内胎工装拆除,三瓣通过外环压紧到外壁,拆除外环,拆除工装外壳;
6、将TLP连接后的锥体构件进行精加工与整形后检验。
所述的精加工包括修磨,锉刀去毛刺,打磨外型,抛光、车床找正气膜孔(气膜孔等高误差不超过0.1mm),锥面的端面多余量达到设计要求
具体的,所述薄壁锥体构件的材料为GH4648合金;锥体构件内外筒TLP连接的钎料为HBNi68WCrSiB。
下面给出具体的实施例。
实施例1:
高温合金薄壁冷却锥体构件制作方法,制作时包括以下步骤:
1、用GH4648合金卷制内锥筒,然后进行表面打磨与热校形;
2、在内锥筒表面加工出气膜槽;
3、卷制薄壁外锥筒,热校形后线切割气膜孔,再抛研去除表面烧蚀层;
4、将内外锥筒连接面预置HBNi68WCrSiB钎料后进行精密装配;
5、在钎焊炉中采用真空为0.005-0.1Pa、温度为1300℃-1400℃的工艺条件进行TLP焊接及并在900℃-1200℃温度下进行热处理;
6、将TLP连接后的锥体构件进行精加工与整形、检验。
实施例2
高温合金薄壁冷却锥体构件制作方法,制作时包括以下步骤:
1、用GH4648合金卷制内锥筒,然后进行表面打磨与热校形;
2、在内锥筒表面加工出气膜槽;
3、卷制薄壁外锥筒,热校形后线切割气膜孔,再抛研去除表面烧蚀层;
4、将内外锥筒连接面预置HBNi68WCrSiB钎料后进行精密装配;
5、在钎焊炉中采用真空为0.08Pa、温度为1320℃的工艺条件进行TLP焊接及并在900℃温度下进行热处理;
6、将TLP连接后的锥体构件进行精加工与整形、检验。
实施例3
高温合金薄壁冷却锥体构件制作方法,制作时包括以下步骤:
1、用GH4648合金卷制内锥筒,然后进行表面打磨与热校形;
2、在内锥筒表面加工出气膜槽;
3、卷制薄壁外锥筒,热校形后线切割气膜孔,再抛研去除表面烧蚀层;
4、将内外锥筒连接面预置HBNi68WCrSiB钎料后进行精密装配;
5、在钎焊炉中采用真空为0.1Pa、温度为1320℃的工艺条件进行TLP焊接及并在900℃温度下进行热处理;
6、将TLP连接后的锥体构件进行精加工与整形、检验。
实施例4
高温合金薄壁冷却锥体构件制作方法,制作时包括以下步骤:
1、用GH4648合金卷制内锥筒,然后进行表面打磨与热校形;
2、在内锥筒表面加工出气膜槽;
3、卷制薄壁外锥筒,热校形后线切割气膜孔,再抛研去除表面烧蚀层;
4、将内外锥筒连接面预置HBNi68WCrSiB钎料后进行精密装配;
5、在钎焊炉中采用真空为0.1Pa、温度为1340℃的工艺条件进行TLP焊接及并在900℃温度下进行热处理;
6、将TLP连接后的锥体构件进行精加工与整形、检验。
实施例5
高温合金薄壁冷却锥体构件制作方法,制作时包括以下步骤:
1、用GH4648合金卷制内锥筒,然后进行表面打磨与热校形;
2、在内锥筒表面加工出气膜槽;
3、卷制薄壁外锥筒,热校形后线切割气膜孔,再抛研去除表面烧蚀层;
4、将内外锥筒连接面预置HBNi68WCrSiB钎料后进行精密装配;
5、在钎焊炉中采用真空为0.1Pa、温度为1360℃的工艺条件进行TLP焊接及并在900℃温度下进行热处理;
6、将TLP连接后的锥体构件进行精加工与整形、检验。
实施例6
高温合金薄壁冷却锥体构件制作方法,制作时包括以下步骤:
1、用GH4648合金卷制内锥筒,然后进行表面打磨与热校形;
2、在内锥筒表面加工出气膜槽;
3、卷制薄壁外锥筒,热校形后线切割气膜孔,再抛研去除表面烧蚀层;
4、将内外锥筒连接面预置HBNi68WCrSiB钎料后进行精密装配;
5、在钎焊炉中采用真空为0.1Pa、温度为1360℃的工艺条件进行TLP焊接及并在1100℃温度下进行热处理;
6、将TLP连接后的锥体构件进行精加工与整形、检验。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子,本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换,均属于本发明的保护范围。