CN111187895B - 一种具有双晶组织的整体叶盘及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制造技术领域，提供了一种具有双晶组织的整体叶盘，所述整体叶盘包括轮盘、凸台和叶片；所述凸台的内侧与轮盘连接，凸台的外侧与叶片连接；所述轮盘具有等轴晶组织；所述叶片具有柱状晶组织；所述凸台具有由内向外逐渐变大的晶粒组织。本发明提供的整体叶盘中凸台具有自内向外逐渐变大的晶粒组织，起到轮盘与叶片中细小等轴晶和粗大柱状晶的过渡作用，避免叶片与轮盘晶粒组织的巨大差别导致整体叶盘力学性能的突变，而且能够有效解决整体叶盘抗疲劳性差、易失效的问题。另外，本发明中轮盘具有细小等轴晶组织，有利于使整体叶盘具有良好的抗疲劳性能；叶片具有柱状晶的定向凝固组织特征，使整体叶盘在高温下仍具有良好的蠕变性能。

Description

一种具有双晶组织的整体叶盘及其制造方法
技术领域
本发明涉及制造技术领域，尤其涉及一种具有双晶组织的整体叶盘及其制造方法。
背景技术
整体叶盘技术是新一代航空发动机实现结构创新与技术跨越的核心技术之一。它是将发动机转子叶片和轮盘制作成一体，在简化传统航空发动机制造工艺的基础上降低了榫头气流损失，提升了启动效率。与传统结构相比，它具有减重、减级、增效和提高可靠性等优点。
目前，整体叶盘制造方法主要有有精密铣削加工、精密焊接制造、整体精密铸造等。其中精密洗削加工主要依靠复杂的数控加工中心实现复杂结构整体叶盘的直接洗削加工，对设备要求高，生产周期长。精密焊接制造的方法其实质还是焊接，将轮盘和叶片单独制作后依靠电子束焊接、摩擦焊接等方法焊接在一起，实现整体叶盘的制作，但是此方法焊缝的存在会极大影响整体叶盘的服役质量。整体精密铸造方法虽可以一次成形形状复杂的结构，但是粗大铸造组织很难保证整体叶盘对轮盘高疲劳性能的要求。
在整体涡轮叶盘使用过程中，由于涡轮转子高速旋转产生的离心载荷，气流高速流动产生的冲击载荷、振动载荷，高温长时间服役产生的蠕变、氧化作用等因素，在轮盘与叶片结合处很容易产生疲劳裂纹，整体涡轮叶盘材料失效致使发动机故障。如何提高整体叶盘的抗疲劳性能具有重要意义。
发明内容
本发明提供了一种具有双晶组织的整体叶盘及其制造方法，本发明提供的整体叶盘中轮盘具有细小的等轴晶组织，叶片具有粗大的柱状晶组织，凸台具有由内向外逐渐变大的过渡晶体组织，凸台的过渡晶体组织有效解决了轮盘和叶片之间晶体结构不匹配导致的整体叶盘抗疲劳性差、易失效的问题。
本发明提供了一种具有双晶组织的整体叶盘，所述整体叶盘包括轮盘、凸台和叶片；所述凸台的内侧与轮盘连接，凸台的外侧与叶片连接；
所述轮盘具有等轴晶组织；所述叶片具有柱状晶组织；所述凸台具有由内向外逐渐变大的晶粒组织。
优选的，所述轮盘的等轴晶平均晶粒尺寸为10~30µm；所述叶片的柱状晶平均晶粒的宽度为100~300µm。
优选的，所述凸台的高度为3~5 mm。
优选的，所述轮盘、凸台和叶片的材质独立地为镍基高温合金、钛合金或不锈钢。
本发明还提供了上述技术方案所述整体叶盘的制造方法，包括以下步骤：
（1）制备具有等轴晶组织的轮盘；
（2）在所述轮盘边缘制备粗凸台，然后对粗凸台的表面进行表面加热处理后冷却，粗凸台表面温度较高使得表面晶粒尺寸粗大，而粗凸台内部温度较低，使得内部具有细小的等轴晶组织，由此得到具有由内向外逐渐变大的晶粒组织的凸台；
（3）采用激光立体成形技术结合同轴送粉激光熔覆方法将原料粉末在凸台上逐层堆积，得到叶片，同时形成整体叶盘粗品；
（4）对整体叶盘粗品依次进行整体热处理、冷却和精密整形加工，得到整体叶盘。
优选的，所述具有等轴晶组织的轮盘的制备方法包括：
将合金铸造后机械加工得到具有等轴晶组织的轮盘；
或者，将合金锻造后机械加工得到具有等轴晶组织的轮盘；
或者，将合金粉末冶金得到具有等轴晶组织的轮盘。
优选的，所述步骤（2）表面加热处理的方式包括电磁高频感应加热、激光表面加热、真空脉冲电子束照射或表面火焰加热；所述冷却的方式包括空冷、水冷或油冷。
优选的，所述步骤（3）激光立体成形技术的激光功率为1000~2000W；
激光熔覆采用单向扫描的填充方式，所述单向扫描的扫描速率为5~10mm/s；所述同轴送粉的送粉量为10~15g/min；搭接率为30~60%，抬升量为0.25~0.4mm。
优选的，所述步骤（4）采用磨粒和微粉进行精密整形加工，所述磨粒的材质为人造金刚石，所述磨粒的规格为180#~240#；所述微粉的材质为白刚玉，所述微粉的粒度为W20~W40。
有益效果
本发明提供了一种具有双晶组织的整体叶盘，所述整体叶盘包括轮盘、凸台和叶片；所述凸台的内侧与轮盘连接，凸台的外侧与叶片连接；所述轮盘具有等轴晶组织；所述叶片具有柱状晶组织；所述凸台具有由内向外逐渐变大的晶粒组织。本发明提供的整体叶盘中凸台具有自内向外逐渐变大的晶粒组织，起到轮盘与叶片中细小等轴晶和粗大柱状晶组织的过渡作用，避免叶片与轮盘晶粒组织的巨大差别导致整体叶盘力学性能的突变，而且能够有效解决整体叶盘抗疲劳性差、易失效的问题。另外，本发明中轮盘具有细小等轴晶组织，有利于使整体叶盘具有良好的抗疲劳性能；叶片具有柱状晶的定向凝固组织特征，使整体叶盘在高温下仍具有良好的蠕变性能。
附图说明
图1为本发明实施例1~3制备得到的整体叶盘示意图片；
图2为本发明实施例1~3制备得到的整体叶盘组织结构示意图；
图3为本发明实施例1~3制备得到的整体叶盘局部组织结构示意图；
图4为本发明实施例1制备得到的整体叶盘中轮盘的金相组织图；
图5为本发明实施例1制备得到的整体叶盘中凸台的金相组织图；
图6为本发明实施例1制备得到的整体叶盘中叶片的金相组织图。
具体实施方式
本发明提供了一种具有双晶组织的整体叶盘，所述整体叶盘包括轮盘、凸台和叶片；所述凸台的内侧与轮盘连接，凸台的外侧与叶片连接；
所述轮盘具有等轴晶组织；所述叶片具有柱状晶组织；所述凸台具有由内向外逐渐变大的晶粒组织。
在本发明中，所述轮盘的等轴晶平均晶粒尺寸优选为10~30 µm，更优选为15~25 µm；所述叶片的柱状晶平均晶粒的宽度优选为100~300 µm，更优选为150~250 µm。在本发明中，所述凸台具有由内向外逐渐变大的晶粒组织。所述凸台内部（即靠近轮盘的一侧）为等轴晶组织，所述等轴晶组织的晶粒尺寸优选为15~25 µm，所述凸台外部（即靠近叶片的一侧）为粗大的晶粒组织，所述粗大的晶粒组织的晶粒尺寸优选为100~200 µm。
在本发明中，所述凸台的高度优选为3~5 mm。
在本发明中，所述轮盘、凸台和叶片的材质独立地优选为镍基高温合金、钛合金或不锈钢。
本发明提供的具有双晶组织的整体叶盘，包括轮盘、凸台和叶片，其中轮盘具有细小的等轴晶组织，具有良好的拉伸性能和抗疲劳性能；凸台具有逐渐变大的晶粒组织，起到轮盘与叶片中细小等轴晶和粗大柱状晶组织的过渡作用，避免叶片与轮盘晶粒组织的巨大差别导致材料力学性能的突变；叶片为具有定向柱凝固特征的柱状晶组织，具有良好的高温抗蠕变和尺寸稳定性。本发明通过在轮盘和叶盘之间设置晶粒逐渐变化的凸台，有效提供了整体叶盘的抗疲劳性能，解决了现有技术中轮盘与叶片结合处容易产生疲劳裂纹的问题。
本发明还提供了上述技术方案所述整体叶盘的制造方法，包括以下步骤：
（1）制备具有等轴晶组织的轮盘；
（2）在所述轮盘边缘制备粗凸台，然后对粗凸台的表面进行表面加热处理后冷却，凸台表面温度较高使得凸台表面晶粒尺寸粗大，而凸台内部温度较低，使得凸台内部具有细小的等轴晶组织，由此得到具有由内向外逐渐变大的晶粒组织的凸台；
（3）采用激光立体成形技术结合同轴送粉激光熔覆方法将原料粉末在凸台上逐层堆积，得到叶片，同时形成整体叶盘粗品；
（4）对整体叶盘粗品依次进行整体热处理、冷却和精密整形加工，得到整体叶盘。
本发明制备具有等轴晶组织的轮盘。
本发明可根据现有技术制备具有等轴晶组织的轮盘，也可采用下述方法制备具有等轴晶组织的轮盘；本发明优选采用下述方法制备具有等轴晶组织的轮盘。
在本发明中，所述具有等轴晶组织的轮盘的制备方法优选包括：
将合金铸造后机械加工得到具有等轴晶组织的轮盘；
或者，将合金锻造后机械加工得到具有等轴晶组织的轮盘；
或者，将合金粉末冶金得到具有等轴晶组织的轮盘。
本发明对由合金铸造后机械加工得到具有等轴晶组织的轮盘的具体实施方法没有特别要求，采用本领域技术人员熟知的方法即可。
本发明对由合金锻造后机械加工得到具有等轴晶组织的轮盘的具体实施方法没有特别要求，采用本领域技术人员熟知的方法即可。
在本发明中，所述将合金粉末冶金得到具有等轴晶组织的轮盘的方法优选包括以下步骤：
将合金粉末进行烧结、压制或者轧制处理，得到预成形轮盘；
将所述预成形轮盘进行煅烧后进行成形，得到具有等轴晶组织的轮盘。
本发明对合金粉末的原料配比没有特别要求，依据轮盘的材质，采用本领域技术人员熟知的原料配比即可。在本发明中，当所述合金粉末为GH4169合金粉末时，本发明优选采用烧结的方法制备预成形轮盘，所述烧结处理的温度优选为1100~1200℃，所述烧结处理的保温时间优选为2h；当所述合金粉末为TC4钛合金粉末时，本发明优选采用压制的方法制备预成形轮盘，所述压制的压力优选为380~420 MPa，更优选为400 MPa；当所述合金粉末优选为316L不锈钢粉末时，本发明优选采用轧制的方法制备带坯（即预成形轮盘），轧制温度优选为1050~1150℃，更优选为1100℃。
得到预成形轮盘后，本发明将所述预成形轮盘煅烧，得到具有等轴晶组织的轮盘。在本发明中，当所述合金粉末为GH4169合金粉末时，所述煅烧的温度优选为1030~1120℃，更优选为1050~1080℃，所述煅烧的时间优选为1h。当所述合金粉末为GH4169合金粉末时，本发明优选在煅烧后进行锻打成形，所述锻打成形优选在锻模中进行，得到具有等轴晶组织的轮盘，所述锻打成形的温度优选不超过1180℃，更优选为1160~1180℃，所述锻打成形的打击力优选为100000~140000 kN。
当所述合金粉末为TC4钛合金粉末时，所述煅烧的温度优选为1050~1150℃，时间优选为1h；当所述合金粉末优选为316L不锈钢粉末时，所述煅烧的温度优选为1000~1100℃，时间优选为1h。
本发明在制备具有等轴晶组织的轮盘的过程中，通过烧结以及后续的煅烧、成形处理，大大提高了轮盘材料的相对密度，并且能够使轮盘能够获得均匀的细晶粒组织，有利于提高轮盘的强度、韧性和硬度等性能。
得到具有等轴晶组织的轮盘后，本发明在所述轮盘边缘制备粗凸台，然后对粗凸台的表面进行表面加热处理后冷却，凸台表面温度较高使得凸台表面晶粒尺寸粗大，而凸台内部温度较低，使得凸台内部具有细小的等轴晶组织，由此得到具有梯度晶粒尺寸的凸台。
在本发明中，在轮盘边缘制备粗凸台的方法优选包括线切割、车削或铣削，本发明对线切割、车削或铣削的具体实施方式没有特别要求，采用本领域技术人员熟知的方法即可。在本发明中，所述粗凸台优选具有圆角，以利于与叶片相连接。在本发明中，所述粗凸台的高度优选为3~5 mm，所述粗凸台的长度和宽度优选与盘毂同一位置的叶片长度和宽度相同，所述粗凸台上表面优选铣平。
得到粗凸台后，本发明对粗凸台的表面进行表面加热处理后冷却。本发明优选采用石棉绝热布包裹住轮盘，露出凸台，然后对粗凸台进行表面加热处理。在本发明中，所述表面加热处理的方式包括电磁高频感应加热、激光表面加热、真空脉冲电子束照射或表面火焰加热；所述电磁高频感应加热的频率优选为600 kHz~1.1 MHz，更优选为700 kHz~1.0MHz，所述电磁高频感应加热的时间优选为5~10 min，更优选为6~9 min；所述激光表面加热的激光功率优选为500~1000W，光斑枝晶优选为3~10 mm，电子束扫描波形优选为直线往复扫描，扫描速率优选为5~20mm/s；所述真空脉冲电子束照射的电子束加快电压优选为15-30kV，靶极距离优选为200~350 mm，脉冲时间优选为10~50μm；所述表面火焰加热优选在氧气和液化石油气的混合气体中进行，所述氧气和液化石油气的体积流量比优选为3.5：1，优选采用中性焰内焰加热。本发明通过表面加热处理，使粗凸台表面的温度从室温升高至1020~1250℃，粗凸台表面温度较高使得其表面晶粒尺寸粗大，而粗凸台内部温度较低，晶粒还没长大，使得其内部具有细小的等轴晶组织，由此得到具有梯度晶粒尺寸，即由内部细小等轴晶组织逐渐过渡生长为表面粗大等轴晶组织的凸台。
表面加热处理完成后，本发明对粗凸台进行冷却处理。在本发明中，所述冷却后的温度优选为室温。在本发明中，所述冷却的方式优选包括空冷、水冷或油冷。
在轮盘边缘形成凸台后，本发明采用激光立体成形技术结合同轴送粉激光熔覆方法将原料粉末在凸台上逐层堆积，得到叶片。
在本发明中，所述原料粉末优选为通过等离子旋转电极法制备的原料粉末，所述原料粉末的粒径优选为80~150 μm，更优选为100~120μm。本发明优选对原料粉末进行烘干处理，以除去原料粉末的水分，所述烘干的温度优选为100~120℃，更优选为110℃，时间优选为3~5h，更优选为4 h。
在本发明中，所述激光立体成形技术的激光功率优选为1000~2000W，更优选为1000W、1500W或2000W；激光熔覆优选为单向扫描的填充方式，所述单向扫描的扫描速率优选为5~10mm/s，更优选为5mm/s、8mm/s或10mm/s；所述同轴送粉的送粉量优选为10~15g/min，更优选为10g/min、11g/min、12g/min、13g/min、14g/min或15g/min；搭接率优选为30%~60%，更优选为50%；抬升量优选为0.25~0.4mm，更优选为0.25mm、0.3mm或0.4mm。
本发明采用激光立体成形技术，能够实现高性能复杂结构金属零件的无模具、快速、全致密近净成形，本发明优选将激光立体成形技术和同轴送粉激光熔覆方法的实验条件控制在上述范围内，更快更高效的制备得到具有定向生长均匀柱状晶组织的叶片。
在本发明中，制备叶片的具体方式优选为：
先在计算机中生成叶片的三维CAD实体模型，然后将模型按一定的厚度切片分层，即将零件的三维形状信息转换成一系列二位轮廓信息，随后在数控系统的控制下，采用同轴送粉激光熔覆的方法将原料粉末按照一定的填充路径在凸台上逐点填满给定的二维形状，重复这一过程，逐层堆积形成三维成形叶片。
得到叶片后，本发明优选对叶片和凸台进行切削加工，使叶片、凸台和整体叶盘的尺寸满足设计要求。本发明对切削加工的具体实施方式没有特别要求，采用本领域技术人员熟知的方式即可。
切削加工后，本发明对整体叶盘粗品依次进行整体热处理、冷却和精密整形加工，得到整体叶盘。
在本发明中，所述整体热处理对于不同合金，整体热处理温度及时间不一致，但共同的目的是消除整体叶盘粗品内部残余应力，调控内部析出相，最终提高整体叶盘综合力学性能。本领域技术人员根据熟知的不同合金热处理温度和热处理时间进行热处理即可。
整体热处理完成后，本发明对热处理后的整体叶盘粗品进行冷却，所述冷却的方式优选为水冷，所述冷却后的温度优选为室温。
冷却完成后，本发明对冷却后的整体叶盘粗品进行精密整形处理，得到整体叶盘。本发明优选采用磨粒和微粉进行精密整形加工，所述磨粒的材质优选为人造金刚石，所述磨粒的规格优选为180#~240#；所述微粉的材质优选为白刚玉，所述微粉的粒度优选为W20~W40。本发明通过精密整形处理，以得到高加工精度和低表面粗糙度值的整体叶盘。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
（1）制备等轴晶轮盘
将GH4169合金粉末烧结后得到预成形轮盘，烧结的温度为1150℃；将预成形轮盘在高温炉中加热至1080℃后在锻模中锻打成形。热锻后材料的相对密度可达99%以上，并且轮盘能获得均匀的等轴晶组织，等轴晶组织的平均粒径尺寸为20 μm。
（2）凸台加工
通过传统机械加工的方式线切割在具有等轴晶组织的轮盘上加工出带有具有圆角过渡特征的凸台，凸台的高度为5mm，凸台的长度和宽度与盘毂同一位置的叶片尺寸相当，凸台上表面铣平。
（3）对凸台进行表面热处理
将轮盘用石棉绝热布包裹，露出凸台。将凸台插入交感线圈中，交变磁场在凸台附近产生较高的感应电势并形成涡流，从而对凸台表面进行加热，使其细小的等轴晶组织长大形成粗大的等轴晶组织。此实验中设备电源供电频率为1MHz，对试样加热10min，凸台表面从室温加热至1050℃，得到的凸台具有由内向外逐渐变大的晶粒组织，其中凸台内部最小的晶粒尺寸为20μm，凸台外部最大的晶粒尺寸为100μm。
（4）采用激光立体成形技术制造叶片
在凸台上采用激光立体成形技术，通过同轴送粉的方式逐层堆积GH4169镍基高温合金叶片。首先在计算机中生成叶片的三维CAD实体模型，然后将模型按一定的厚度切片分层，即将零件的三维形状信息转换成一系列二位轮廓信息，随后在数控系统的控制下，用同步送分激光熔覆的方法将GH4169镍基高温合金粉末按照一定的填充路径在凸台上逐点填满给定的二维形状，重复这一过程，逐层堆积形成三维实体叶片。激光立体成形所用的材料为等离子旋转电极法制备的GH4169合金粉末，合金粉末粒度为100目，合金粉末的尺寸大约150μm，其化学成分为(质量分数，%)：Ni，51.75；Cr，19.68；Nb，4.91；Mo，3.18；Ti，0.97；Al，0.63；Si，0.23；Mn，0.11；C，0.034；S，0.001；P，0.004；Fe余量。增材前对合金粉末进行真空烘干除湿处理，烘干温度为120℃，烘干时间为5h，随后在真空环境中炉冷至室温。激光立体成形的工艺参数为激光功率1000W，扫描速率10mm/s，送粉量13g/min，搭接率50%，抬升量0.3mm，得到的叶片具有柱状晶组织，柱状晶的平均晶粒宽度为200μm。
（5）叶片的粗加工
对完成了叶片成形的整体叶盘按照设计尺寸进行切削加工，去除叶片与凸台多余的材料，使得整体叶盘基本尺寸满足设计要求；
（6）整体叶盘的热处理
δ时效处理：将上述制造后的GH4169镍基高温合金整体叶盘放入马弗炉中，按10℃/min升温至890℃，保温12h；
δ固溶处理：δ时效处理结束后将炉温以10℃/min升温至1020℃，保温4h，保温结束后取出试样水冷至室温；
（7）整体叶盘的精密整形加工
利用细粒度的磨粒和微粉对整体叶盘进行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值的整体叶盘，零件表面粗糙度Ra小于2μm。
实施例2
（1）制备等轴晶轮盘
利用TC4钛合金粉末在400MPa压力下，压成所需形状。之后在具有保护气氛的高温炉或真空炉中进行烧结，烧结温度为1200℃，烧结时间为2h，烧结过程中粉末颗粒间通过扩散、再结晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化学过程，最终得到具有等轴晶组织的轮盘，等轴晶组织的平均晶粒尺寸为25μm。
（2）凸台加工
通过传统机械加工的方式车削在具有等轴晶组织的轮盘上加工出带有具有圆角过渡特征的凸台，凸台的高度为5mm，凸台的长度和宽度与盘毂同一位置的叶片尺寸相当，凸台上表面铣平；
（3）对凸台进行表面热处理
将轮盘用石棉绝热布包裹，露出凸台。用真空脉冲电子束照射凸台表面，参数包括电子束加快电压为25kV，靶极距离300mm，脉冲时间20μm。加这利用了电子束照射高能量产生的热效应对金属材料表面进行加热，凸台表面从室温加热至1100℃，保持20分钟。之后用石棉包裹使其缓慢冷却，得到的凸台具有由内向外逐渐变大的晶粒组织，其中凸台内部最小的晶粒尺寸为25μm，凸台外部最大的晶粒尺寸为120μm。
（4）采用激光立体成形技术制造叶片
在凸台上采用激光立体成形技术，通过同轴送粉的方式逐层堆积TC4合金叶片。首先在计算机中生成叶片的三维CAD实体模型，然后将模型按一定的厚度切片分层，即将零件的三维形状信息转换成一系列二位轮廓信息，随后在数控系统的控制下，用同步送分激光熔覆的方法将TC4合金粉末按照一定的填充路径在凸台上逐点填满给定的二维形状，重复这一过程，逐层堆积形成三维实体叶片。激光立体成形所用的材料为旋转电极真空感应熔炼气雾化法制备的TC4合金粉末，合金粉末的尺寸大约80μm，其化学成分为(质量分数，%)：Al，5.5；V，3.5；Mn，0.11；C，0.1；O，0.2；N，0.005；H，0.014；Fe，0.3；Ti，余量。增材前对合金粉末进行真空烘干除湿处理，烘干温度为100℃，烘干时间为4h，随后在真空环境中炉冷至室温。激光立体成形的工艺参数为激光功率2000W，扫描速率10mm/s，送粉量10g/min，搭接率50%，抬升量0.25mm。
（5）叶片的粗加工
对完成了叶片成形的整体叶盘按照设计尺寸进行切削加工，去除叶片与凸台多余的材料，使得整体叶盘基本尺寸满足设计要求；
（6）整体叶盘的热处理
固溶处理：将上述制造后的TC4合金整体叶盘放入马弗炉中，按20℃/min升温至920℃，保温1 h；
时效处理：固溶处理结束后将炉温以20℃/min降温至530℃，保温4 h，保温结束后取出试样水冷至室温；
（7）整体叶盘的精密整形加工
利用细粒度的磨粒和微粉对整体叶盘进行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值的整体叶盘，零件表面粗糙度Ra小于2μm。
实施例3
（1）制备等轴晶轮盘
将316L不锈钢粉末先在粉末轧机上轧成带坯，轧制温度为1100℃，再经烧结，烧结温度为1050℃，烧结时间为1 h，得到具有等轴晶组织的轮盘，等轴晶组织的平均晶粒尺寸为15μm。
（2）凸台加工
通过传统机械加工的方式铣削在具有等轴晶组织的轮盘上加工出带有具有圆角过渡特征的凸台，凸台的高度为5mm，凸台的长度和宽度与盘毂同一位置的叶片尺寸相当，凸台上表面铣平；
（3）对凸台进行表面热处理
将轮盘用石棉绝热布包裹，露出凸台。用激光逐个对凸台表面进行辐照加热，参数包括激光功率800W、光斑枝晶5mm、电子束扫描波形为直线往复扫描，扫描速率10mm/s。当激光束辐照凸台表面时，辐照点被迅速加热，凸台表面从室温加热至1150℃，保持15分钟。之后用石棉包裹使其缓慢冷却，得到的凸台具有由内向外逐渐变大的晶粒组织，其中凸台内部最小的晶粒尺寸为15μm，凸台外部最大的晶粒尺寸为100μm。
（4）采用激光立体成形技术制造叶片
在凸台上采用激光立体成形技术，通过同轴送粉的方式逐层堆积DZ125合金叶片。首先在计算机中生成叶片的三维CAD实体模型，然后将模型按一定的厚度切片分层，即将零件的三维形状信息转换成一系列二位轮廓信息，随后在数控系统的控制下，用同步送分激光熔覆的方法将DZ125合金粉末按照一定的填充路径在凸台上逐点填满给定的二维形状，重复这一过程，逐层堆积形成三维实体叶片。激光立体成形所用的材料为旋转电极法制备的DZ125合金粉末，合金粉末的尺寸大约130μm，其化学成分为(质量分数，%)：Ni，1.0；Cr，8.9；Co，10.0；W，7.5；Mo，1.6；Al，5.3；Ti，0.8；Ta，3.8；Hf，1.5；C，0.09；B，0.015。增材前对合金粉末进行真空烘干除湿处理，烘干温度为120℃，烘干时间为4h，随后在真空环境中炉冷至室温。激光立体成形的工艺参数为激光功率1500W，扫描速率5mm/s，送粉量12g/min，搭接率50%，抬升量0.4mm。
（5）叶片的粗加工
对完成了叶片成形的整体叶盘按照设计尺寸进行切削加工，去除叶片与凸台多余的材料，使得整体叶盘基本尺寸满足设计要求；
（6）整体叶盘的热处理
完全固溶处理：将上述制造后的DZ125-316L双合金整体叶盘放入马弗炉中，按15℃/min升温至1024℃，保温2h；
时效处理：完全固溶处理结束后将炉温以15℃/min降温至870℃，保温20h，保温结束后取出试样水冷至室温；
（7）整体叶盘的精密整形加工
利用细粒度的磨粒和微粉对整体叶盘进行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值，达到零件表面粗糙度Ra小于2μm。
实施例1~3制备得到的整体叶盘形状如图1所示，由图1可清楚地看出轮盘、凸台和叶片之间的位置关系，凸台位于轮盘的边缘，与叶片连接。
实施例1~3制备得到的整体叶盘的晶体组织结构示意图如图2所示，由图可知，整体叶片中轮盘具有细小等轴晶组织，凸台具有由内向外逐渐变大的等轴晶组织，叶片具有粗大的柱状晶组织。
实施例1~3制备得到的整体叶盘中叶片和凸台的局部晶体组织结构示意图如图3所示，由图3可以清楚地看出，轮盘具有细小等轴晶，凸台由内向外（自下而上）具有逐渐变大的等轴晶，叶片具有粗大的柱状晶。
实施例1制备得到的整体叶盘中轮盘的显微组织图如图4所示，由图4可知，轮盘具有细小的等轴晶组织。
实施例1制备得到的整体叶盘中凸台的显微组织图如图5所示，由图5可知，凸台具有逐渐变大的晶粒组织。
实施例1制备得到的整体叶盘中叶片的显微组织图如图6所示，由图6可知，叶片具有定向生长的粗大柱状晶组织。
实施例2~3制备得到的整体叶盘的轮盘、凸台和叶片的显微组织图与实施例1相同，在此不再赘述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有双晶组织的整体叶盘，所述整体叶盘包括轮盘、凸台和叶片；所述凸台的内侧与轮盘连接，凸台的外侧与叶片连接；
所述轮盘具有等轴晶组织；所述叶片具有柱状晶组织；所述凸台具有由内向外逐渐变大的晶粒组织；
所述轮盘的等轴晶平均晶粒尺寸为10~30μm；所述叶片的柱状晶平均晶粒的宽度为100~300μm；
所述整体叶盘的制造方法，包括以下步骤：
(1)制备具有等轴晶组织的轮盘；
(2)在所述轮盘边缘制备粗凸台，然后对粗凸台的表面进行表面加热处理后冷却，粗凸台表面温度较高使得表面晶粒尺寸粗大，而粗凸台内部温度较低，使得内部具有细小的等轴晶组织，由此得到具有由内向外逐渐变大的晶粒组织的凸台；
(3)采用激光立体成形技术结合同轴送粉激光熔覆方法将原料粉末在凸台上逐层堆积，得到叶片，同时形成整体叶盘粗品；
(4)对整体叶盘粗品依次进行整体热处理、冷却和精密整形加工，得到整体叶盘；
所述凸台内部靠近轮盘的一侧为等轴晶组织，所述等轴晶组织的晶粒尺寸为15~25μm，所述凸台外部靠近叶片的一侧为粗大的晶粒组织，所述粗大的晶粒组织的晶粒尺寸为100~200μm。
2.根据权利要求1所述的整体叶盘，其特征在于，所述凸台的高度为3~5mm。
3.根据权利要求1所述的整体叶盘，其特征在于，所述轮盘、凸台和叶片的材质独立地为镍基高温合金、钛合金或不锈钢。
4.根据权利要求1所述的整体叶盘，其特征在于，所述具有等轴晶组织的轮盘的制备方法包括：
将合金铸造后机械加工得到具有等轴晶组织的轮盘；
或者，将合金锻造后机械加工得到具有等轴晶组织的轮盘；
或者，将合金粉末冶金得到具有等轴晶组织的轮盘。
5.根据权利要求1所述的整体叶盘，其特征在于，所述步骤(2)表面加热处理的方式包括电磁高频感应加热、激光表面加热、真空脉冲电子束照射或表面火焰加热；所述冷却的方式包括空冷、水冷或油冷。
6.根据权利要求1所述的整体叶盘，其特征在于，所述步骤(3)激光立体成形技术的激光功率为1000~2000W；激光熔覆采用单向扫描的填充方式，所述单向扫描的扫描速率为5~10mm/s；所述同轴送粉的送粉量为10~15g/min；搭接率为30~60％，抬升量为0 .25~0 .4mm。
7.根据权利要求1所述的整体叶盘，其特征在于，所述步骤(4)采用磨粒和微粉进行精密整形加工，所述磨粒的材质为人造金刚石，所述磨粒的规格为180#~240#；所述微粉的材质为白刚玉，所述微粉的粒度为W20~W40。
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