CN112170846B - 粉末涡轮盘坯的成形方法及粉末涡轮盘坯 - Google Patents

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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon

Abstract

本发明提出一种粉末涡轮盘坯的成形方法及粉末涡轮盘坯。粉末涡轮盘坯的成形方法包含以下步骤：制备母合金粉末；将母合金粉末置入模具包套内；将模具包套置入成型腔内；对成型腔抽真空并加温，使成型腔内形成高温真空负压环境；对母合金粉末进行机械锻打而使其成形；对成形后的母合金粉末进行热处理，得到粉末涡轮盘坯。本发明提出的粉末涡轮盘坯的形成方法，能够实现除气、包套和成形一次性完成，具有工艺流程较短、效率较高的优点。并且，本发明在粉末成形过程中，利用高频锻打力替代现有工艺的静态气体压力进行盘坯成形，能够大幅降低盘坯成形对设备的要求。

Description

粉末涡轮盘坯的成形方法及粉末涡轮盘坯
技术领域
本发明涉及航空发动机配件制造技术领域，尤其涉及一种粉末涡轮盘坯的成形方法及粉末涡轮盘坯。
背景技术
在现有航空发动机领域中，粉末涡轮盘具有晶粒细小，组织优良的特点，目前已广泛应用于先进航空发动机的涡轮盘的设计中。目前粉末涡轮盘坯的制备通常采用热等静压成形，其工艺路线可参阅图2所示。如图2所示，母合金制取粉末后，首先在真空条件下对粉末进行长时间的除气处理，以尽力降低其中的气体含量。继而，对粉末在真空环境下进行焊接包套，形成封闭式包套。然后，在热等静压设备中进行高温压力成形，设备成形环境压强约为1200个大气压。最后，对成形后的毛坯进行热处理，形成最终的涡轮盘坯。
然而，现有粉末涡轮盘坯的成形方法所采用的热等静压制备工艺成形过程十分复杂且工艺路线较长。其中，除气、包套和成形过程相互独立，均需耗费较长时间完成，生产效率低下。
并且，热等静压成形需要在压强高达1200个大气压的高温压力容器内，对包套的粉末进行静态成形，这种工艺对封装合金粉末的包套和热等静压成形等设备的要求极为严苛，且成形过程中压力容器存在较高的爆炸风险。
另外，现有工艺是在真空除气后对粉末进行焊接包套，且包套的结构为密闭结构，导致后续成形过程中粉末所产生的气体无法排出，进而导致盘坯气体元素含量较高且难以有效控制。
因此，现有粉末涡轮盘坯的成形工艺，存在工艺路线较长、对设备要求苛刻、生产效率低下、制备成本高昂且存在安全隐患等问题。
发明内容
本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种工艺路线较短、生产效率较高且制备成本较低的粉末涡轮盘坯的形成方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
根据本发明的一个方面，提供一种粉末涡轮盘坯的成形方法；其中，粉末涡轮盘坯的成形方法包含以下步骤：
制备母合金粉末；
将所述母合金粉末置入模具包套内；
将所述模具包套置入成型腔内；
对所述成型腔抽真空并加温，使所述成型腔内形成高温真空负压环境；
对所述母合金粉末进行机械锻打而使其成形；
对成形后的所述母合金粉末进行热处理，得到粉末涡轮盘坯。
根据本发明的其中一个实施方式，所述母合金粉末的材质包含镍基高温合金。
根据本发明的其中一个实施方式，所述模具包套为开放式模具包套。
根据本发明的其中一个实施方式，对所述成型腔加温的步骤中，加温的温度为1100℃～1200℃。
根据本发明的其中一个实施方式，对所述母合金粉末进行机械锻打而使其成形的步骤中，对所述成型腔持续抽真空并加温，使所述母合金粉末在高温真空负压环境内成形。
根据本发明的其中一个实施方式，对所述母合金粉末进行机械锻打而使其成形的步骤中，机械锻打的频率为0.5Hz～5Hz。
根据本发明的其中一个实施方式，对成形后的所述母合金粉末进行热处理的步骤中，热处理的温度为1120℃～1160℃。
本发明的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种粉末涡轮盘坯。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
根据本发明的另一个方面，提供一种粉末涡轮盘坯；其中，所述粉末涡轮盘坯由本发明提出的并在上述实施方式中所述的粉末涡轮盘坯的成形方法制成。
由上述技术方案可知，本发明提出的粉末涡轮盘坯的优点和积极效果在于：
本发明提出的粉末涡轮盘坯，通过本发明提出的粉末涡轮盘坯的形成方法制成，具有成形效率较高、成本较低、气体元素含量较低的优点。
附图说明
通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施方式的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：
图1是一种现有粉末涡轮盘坯的形成方法的工艺路线图；
图2是根据一示例性实施方式示出的一种粉末涡轮盘坯的形成方法的工艺路线图。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本发明。
在对本发明的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本发明的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本发明的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解的是，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本发明范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“之上”、“之间”、“之内”等来描述本发明的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本发明的范围内。
参阅图2，其代表性地示出了本发明提出的粉末涡轮盘坯的形成方法的工艺路线图。在该示例性实施方式中，本发明提出的粉末涡轮盘坯的形成方法是以应用于航空发动机的涡轮盘为例进行说明的。本领域技术人员容易理解的是，为将本发明的相关设计应用于其他类型的涡轮盘或其他工艺中，而对下述的具体实施方式做出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，这些变化仍在本发明提出的粉末涡轮盘坯的形成方法的原理的范围内。
如图2所示，在本实施方式中，本发明提出的粉末涡轮盘坯的成形方法包含以下步骤：
制备母合金粉末；
将母合金粉末置入模具包套内；
将模具包套置入成型腔内；
对成型腔抽真空并加温，使成型腔内形成高温真空负压环境；
对母合金粉末进行机械锻打而使其成形；
对成形后的母合金粉末进行热处理，得到粉末涡轮盘坯。
通过上述工艺设计，本发明能够实现除气、包套和成形一次性完成，具有工艺流程较短、效率较高的优点。本发明在粉末成形过程中，利用高频锻打力替代现有工艺的静态气体压力进行盘坯成形，能够大幅降低盘坯成形对设备的要求。
可选地，在本实施方式中，对于“制备母合金粉末”的步骤而言，母合金粉末的材质可以包含镍基高温合金。具体地，镍基高温合金可以例如为FGH4095高温合金、FGH4096高温合金、FGH4720Li高温合金等。
可选地，在本实施方式中，对于“将母合金粉末置入模具包套内”的步骤而言，模具包套可以为开放式模具包套。其中，现有成形方法中粉末高温合金通常采用的热等静压工艺，需要抽真空后采用封闭式的包套，粉末高温合金在工艺过程中所产生的气体则无法由封闭式包套排出，造成成形后的粉末气体元素含量较高的问题。由于本发明提出的成形方法中是在整个过程持续抽真空，因此无需采用封闭式的包套而可以采用开放式的包套，即避免成形过程中外部气体进入，还能使得母合金粉末在成形过程中产生的气体被持续抽出，进一步降低成形后的母合金粉末的气体元素(例如氧)含量。通过上述设计，便于成形过程中粉末产生的气体的排出，有利于降低粉末涡轮盘坯的气体元素含量。
可选地，在本实施方式中，对于“对成型腔抽真空并加温”的步骤而言，对成型腔加温的温度可以为1100℃～1200℃，例如1100℃、1120℃、1155℃、1200℃等。在其他实施方式中，加温的温度亦可低于1100℃，或可高于1200℃，例如1097℃、1202℃等，并不以本实施方式为限。
可选地，在本实施方式中，对于“对母合金粉末进行机械锻打而使其成形”的步骤而言，在整个上述成形过程中，可以对成型腔持续抽真空并加温，使得母合金粉末在高温真空负压环境内成形。通过上述设计，本发明能够将粉末成形过程中产生的气体持续排出，有利于降低粉末涡轮盘坯的气体元素含量。
可选地，在本实施方式中，对于“对母合金粉末进行机械锻打而使其成形”的步骤而言，对母合金粉末进行机械锻打的频率可以为0.5Hz～5Hz，例如0.5Hz、1.2Hz、3.8Hz、5Hz等。在其他实施方式中，对母合金粉末进行机械锻打的频率亦可小于0.5Hz，或可大于5Hz，例如0.48Hz、5.1Hz等，并不以本实施方式为限。
可选地，在本实施方式中，对于“对成形后的母合金粉末进行热处理”的步骤而言，对成形后的母合金粉末进行热处理的温度可以为1120℃～1160℃，例如1120℃、1135℃、1150℃、1160℃等。在其他实施方式中，对成形后的母合金粉末进行热处理的温度亦可低于1120℃，或可高于1160℃，例如1115℃、1165℃等，并不以本实施方式为限。
在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的粉末涡轮盘坯的形成方法仅仅是能够采用本发明原理的许多种形成方法中的几个示例。应当清楚地理解，本发明的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的粉末涡轮盘坯的形成方法的任何细节或任何步骤。
基于上述对本发明提出的粉末涡轮盘坯的形成方法的一示例性实施方式的详细说明，以下将对本发明提出的粉末涡轮盘坯的一示例性实施方式进行说明。
在本实施方式中，本发明提出的粉末涡轮盘坯，是由本发明提出的并在上述实施方式中详细说明的粉末涡轮盘坯的成形方法制成。
在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的粉末涡轮盘坯仅仅是能够采用本发明原理的许多种粉末涡轮盘坯中的几个示例。应当清楚地理解，本发明的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的粉末涡轮盘坯的任何细节或任何部件。
综上所述，本发明提出的粉末涡轮盘坯的形成方法，能够实现除气、包套和成形一次性完成，具有工艺流程较短、效率较高的优点。并且，本发明在粉末成形过程中，利用高频锻打力替代现有工艺的静态气体压力进行盘坯成形，能够大幅降低盘坯成形对设备的要求。在此基础上，本发明提出的粉末涡轮盘坯，通过本发明提出的粉末涡轮盘坯的形成方法制成，具有成形效率较高、成本较低、气体元素含量较低的优点。
以上详细地描述和/或图示了本发明提出的粉末涡轮盘坯的形成方法及粉末涡轮盘坯的示例性实施方式。但本发明的实施方式不限于这里所描述的特定实施方式，相反，每个实施方式的组成部分和/或步骤可与这里所描述的其它组成部分和/或步骤独立和分开使用。一个实施方式的每个组成部分和/或每个步骤也可与其它实施方式的其它组成部分和/或步骤结合使用。在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”和“上述”等用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。
虽然已根据不同的特定实施例对本发明提出的粉末涡轮盘坯的形成方法及粉末涡轮盘坯进行了描述，但本领域技术人员将会认识到可在权利要求的精神和范围内对本发明的实施进行改动。

Claims (5)

1.一种粉末涡轮盘坯的成形方法，其特征在于，包含以下步骤：
制备母合金粉末；
将所述母合金粉末置入开放式模具包套内；
将所述开放式模具包套置入成型腔内；
对所述成型腔抽真空并加温，使所述成型腔内形成高温真空负压环境；
对所述母合金粉末进行机械锻打而使其成形，成形过程中对成型腔持续抽真空并加温，使得母合金粉末在高温真空负压环境内成形，从而将粉末成形过程中产生的气体持续排出，机械锻打的频率为0.5Hz～5Hz；
对成形后的所述母合金粉末进行热处理，得到粉末涡轮盘坯。
2.根据权利要求1所述的粉末涡轮盘坯的成形方法，其特征在于，所述母合金粉末的材质包含镍基高温合金。
3.根据权利要求1所述的粉末涡轮盘坯的成形方法，其特征在于，对所述成型腔加温的步骤中，加温的温度为1100℃～1200℃。
4.根据权利要求1所述的粉末涡轮盘坯的成形方法，其特征在于，对成形后的所述母合金粉末进行热处理的步骤中，热处理的温度为1120℃～1160℃。
5.一种粉末涡轮盘坯，其特征在于，所述粉末涡轮盘坯由权利要求1～4任一项所述的粉末涡轮盘坯的成形方法制成。
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