CN112705713A - 双性能涡轮盘及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及快速凝固粉末高温合金技术领域，尤其是涉及一种双性能涡轮盘及其制备方法。双性能涡轮盘的制备方法，包括如下步骤：(a)分别对轮毂合金粉末和轮缘合金粉末进行热等静压成形得到轮毂盘坯和轮缘环形件；(b)将所述轮毂盘坯和轮缘环形件装配，并进行热等静压扩散连接，得到双合金盘坯；(c)对所述双合金盘坯进行热处理。本发明通过采用特定的轮毂合金粉末和轮缘合金粉末，具有相同或相近的热等静压制度、热处理制度，同时具有不同的力学性能，轮毂和轮缘通过热等静压进行扩散连接，使涡轮盘的轮毂和轮缘具有不同的力学性能，满足高性能航空发动机涡轮盘在苛刻工况条件下性能要求。

Description

双性能涡轮盘及其制备方法
技术领域
本发明涉及快速凝固粉末高温合金技术领域，尤其是涉及一种双性能涡轮盘及其制备方法。
背景技术
涡轮盘是航空发动机的热端核心部件，其工作条件非常苛刻，涡轮盘承受应力场和温度场的叠加作用。沿涡轮盘径向，应力由轮缘向轮毂逐渐增大，形成应力梯度，而温度由轮缘向轮毂逐渐降低，形成温度梯度。也就是说，在涡轮盘的工作条件下，轮缘经受较高的温度和较低的应力，轮毂经受较低的温度和较高的应力。为满足涡轮盘在服役条件下力学性能的要求，必须保证涡轮盘的轮毂和轮缘具有特定的性能。
为使涡轮盘不同部位具有相应的性能，现有技术中主要通过以下几种方式实现：
1、采用同种合金，通过热机械加工盘件不同部位获得不同的晶粒组织；
2、采用不同粉末粒度的同种合金，盘件不同部位获得不同的晶粒组织，如专利申请CN103691952A所记载的方案；
3、盘件的轮毂和轮缘采用不同的合金，即双合金盘。
第1种方式，单一合金盘件不同部位获得不同的晶粒组织通常包括梯度热变形和梯度热处理两种工艺。梯度热变形工艺是在轮毂部位采用大变形量锻造，获得细晶组织；在轮缘部位采用小变形量锻造，获得粗晶组织。该工艺的不足之处在于热处理制度的选择很复杂。梯度热处理工艺是通过热变形使整体盘件得到均匀的细晶组织，然后盘件在固溶处理时沿径向建立温度梯度场，在盘件的不同部位获得不同的晶粒组织。该方法的不足之处在于温度梯度场在长时间加热保温条件下的可控性及重复性较低。
第2种方式，盘件不同部位采用同一种合金的不同的粉末粒度，使盘件沿径向获得梯度晶粒组织和梯度性能，即轮毂采用细粉，经热等静压后得到细晶粒组织；辐板(轮毂和轮缘过渡区)采用中等尺寸的粉末，经热等静压后得到介于轮毂和轮缘的中等尺寸的晶粒组织，从而使轮毂和轮缘之间的晶粒组织和力学性能具有良好的过渡；轮缘则采用粗粉，经热等静压后得到粗晶粒组织。但该方法的不足之处在于：①在实际操作中，包套装粉要保证三种粒度粉末分别在轮毂、辐板、轮缘三个区域完全不混合，实际操作时技术难度很大；②轮缘合金粗晶尺寸的选择比较困难，因为细晶对裂纹起始抗力较大，粗晶对阻碍裂纹扩展更加有利，所以只有选择了合适的粗晶尺寸，才能保证在一定温度下总的裂纹扩展速率最低。
第3种方式，采用双合金盘的不足之处在于，如果两种合金选择不当，造成热处理时固溶温度不同，即热处理制度不同，两种合金得到满意力学性能的折衷热处理成为很难解决的问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供双性能涡轮盘的制备方法。
本发明的第二目的在于提供采用上述制备方法制得的双性能涡轮盘。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
双性能涡轮盘的制备方法，包括如下步骤：
(a)分别对轮毂合金粉末和轮缘合金粉末进行热等静压成形得到轮毂盘坯和轮缘环形件；
(b)将所述轮毂盘坯和轮缘环形件装配，并进行热等静压扩散连接，得到双合金盘坯；
(c)对所述双合金盘坯进行热处理；
所述轮毂合金粉末主要由按质量百分比计的如下组分组成：C 0.02％～0.09％、Co 7.0％～9.5％、Cr 11.2％～14.0％、W 2.5％～4.2％、Mo 2.4％～4.1％、Al 2.6％～4.3％、Ti 1.8％～3.0％、Nb 2.6％～4.3％和余量Ni；
所述轮缘合金粉末主要由按质量百分比计的如下组分组成：C 0.01％～0.06％、Co 10.5％～15.0％、Cr 14.5％～18.2％、W 2.8％～4.5％、Mo 3.0％～5.1％、Al 1.8％～3.3％、Ti 2.5％～4.5％、Nb 0.3％～1.1％和余量Ni。
对于双合金盘的不足之处在于：如果轮毂和轮缘两种合金选择不当，即便选择了高的拉伸强度和优异低周疲劳性能的镍基粉末高温合金做轮毂，选择了高持久、高抗蠕变性能和低的裂纹扩展速率的镍基粉末高温合金做轮缘，折衷热处理后轮毂和轮缘也很难得到或得不到合金固有的力学性能，有可能使轮毂所应有的性能低于轮缘，或轮缘所应有的性能低于轮毂。本发明通过大量创造性劳动发现：轮毂要具有高的拉伸强度和优异低周疲劳性能，必须具有细晶组织，要求固溶温度T1要低一些，轮缘要具有高持久、高抗蠕变性能和低的裂纹扩展速率，必须具有粗晶组织，要求固溶温度T2要高一些。如果T1<T2，盘件最终热处理时的固溶温度T应选择为T1<T<T2，这样可能会造成一是轮毂晶粒粗大，拉伸强度和低周疲劳性能降低，甚至低于轮缘，二是轮缘晶粒细小，持久、蠕变性能降低和裂纹扩展速率增大。如果T1>T2，盘件最终热处理时的固溶温度T应选择为T2<T<T1，这样可能会造成一是轮毂不能发生完全再结晶晶粒，不能得到均匀的细晶组织，或者γ′强化相溶解太少，致使在固溶冷却过程中析出的二次细小的γ′相数量不足，造成拉伸强度和低周疲劳性能降低，甚至低于轮缘，二是轮缘晶粒过于粗大，还有可能发生二次再结晶，造成个别晶粒异常粗大，致使组织不均匀，结果使性能波动很大或在粗晶与细晶界面发生优先断裂，造成持久、蠕变性能降低和裂纹扩展速率增大。因而，对于双合金盘，如何在热等静压进行扩散连接的情况下，保证涡轮盘的轮毂具有高的拉伸强度和优异低周疲劳性能以及轮缘具有高持久、高抗蠕变性能和低的裂纹扩展速率，是本领域的一项技术难题。
本发明通过采用特定的轮毂合金粉末和轮缘合金粉末，通过相同的热等静压条件成形，然后将成形的轮毂和轮缘通过热等静压进行扩散连接，并在相同的热处理条件，能够使涡轮盘的轮毂和轮缘具有不同的力学性能，且轮毂具有高的拉伸强度和优异的低周疲劳性能，轮缘具有高的持久性能、抗蠕变性能和低的裂纹扩展速率，满足高性能航空发动机涡轮盘在苛刻工况条件下性能要求。
在本发明的具体实施方式中，步骤(a)中，所述热等静压的温度为1170～1200℃，所述热等静压的压力为120～150MPa，所述热等静压的保温保压时间为2～3h。
在本发明的具体实施方式中，步骤(b)中，所述热等静压的温度为1170～1200℃，所述热等静压的压力为120～150MPa，所述热等静压的保温保压时间为2～3h。
在本发明的具体实施方式中，步骤(c)中，所述热处理包括固溶处理和一级时效处理。
在本发明的具体实施方式中，所述固溶处理的保温温度高于所述轮毂合金和所述轮缘合金的γ′相完全固溶温度。进一步的，所述固溶处理包括：于1160～1190℃保温处理1～2h后，盐浴冷却；所述一级时效处理包括：于740～780℃保温处理16h后，空冷。具体的，所述盐浴冷却为：于630℃盐浴中冷却。
在本发明的具体实施方式中，所述轮毂合金粉末和所述轮缘合金粉末的粒度为50～150μm。
本发明还提供了另一种双性能涡轮盘的制备方法，包括如下步骤：
(A)将轮毂合金粉末和轮缘合金粉末分别填充于涡轮盘包套的轮毂区和轮缘区，进行热等静压扩散连接，得到双合金盘坯；
(B)对所述双合金盘坯进行热处理；
所述轮毂合金粉末主要由按质量百分比计的如下组分组成：C 0.02％～0.09％、Co 7.0％～9.5％、Cr 11.2％～14.0％、W 2.5％～4.2％、Mo 2.4％～4.1％、Al 2.6％～4.3％、Ti 1.8％～3.0％、Nb 2.6％～4.3％和余量Ni；
所述轮缘合金粉末主要由按质量百分比计的如下组分组成：C 0.01％～0.06％、Co 10.5％～15.0％、Cr 14.5％～18.2％、W 2.8％～4.5％、Mo 3.0％～5.1％、Al 1.8％～3.3％、Ti 2.5％～4.5％、Nb 0.3％～1.1％和余量Ni。
本发明通过采用特定的轮毂合金粉末和轮缘合金粉末，通过热等静压进行扩散连接，得到双合金盘坯，并在相同的热处理条件，能够使涡轮盘的轮毂和轮缘具有不同的力学性能，且轮毂具有高的拉伸强度和优异的低周疲劳性能，轮缘具有高的持久性能、抗蠕变性能和低的裂纹扩展速率，满足高性能航空发动机涡轮盘在苛刻工况条件下性能要求。
在本发明的具体实施方式中，步骤(A)中，所述热等静压的温度为1170～1200℃，所述热等静压的压力为120～150MPa，所述热等静压的保温保压时间为2～3h。
在本发明的具体实施方式中，步骤(B)中，所述热处理包括固溶处理和一级时效处理。
在本发明的具体实施方式中，所述固溶处理的保温温度高于所述轮毂合金和所述轮缘合金的γ′相完全固溶温度。进一步的，所述固溶处理包括：于1160～1190℃保温处理1～2h后，盐浴冷却；所述一级时效处理包括：于740～780℃保温处理16h后，空冷。具体的，所述盐浴冷却为：于630℃盐浴中冷却。
在本发明的具体实施方式中，所述轮毂合金粉末和所述轮缘合金粉末的粒度为50～150μm。
本发明还提供了采用上述任意一种所述双性能涡轮盘的制备方法制得的双性能涡轮盘。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过采用特定的轮毂合金粉末和轮缘合金粉末，具有相同或相近的热等静压制度、热处理制度，同时具有不同的力学性能，轮毂和轮缘通过热等静压进行扩散连接，使涡轮盘的轮毂和轮缘具有不同的力学性能，满足高性能航空发动机涡轮盘在苛刻工况条件下性能要求。
(2)本发明制得的双性能涡轮盘既符合涡轮盘的工况特点，又可以充分发挥材料的潜力，同时有利于涡轮盘结构的优化设计、减轻盘件的重量，提高发动机的推重比。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1热处理后的涡轮盘坯的轮毂的显微组织；其中，(a)和(b)分别对应晶粒组织和强化相γ′形貌；
图2为本发明实施例1热处理后的涡轮盘坯的轮缘的显微组织；其中，(a)和(b)分别对应晶粒组织和强化相γ′形貌。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
双性能涡轮盘的制备方法，包括如下步骤：
(a)分别对轮毂合金粉末和轮缘合金粉末进行热等静压成形得到轮毂盘坯和轮缘环形件；
(b)将所述轮毂盘坯和轮缘环形件装配，并进行热等静压扩散连接，得到双合金盘坯；
(c)对所述双合金盘坯进行热处理；
所述轮毂合金粉末主要由按质量百分比计的如下组分组成：C 0.02％～0.09％、Co 7.0％～9.5％、Cr 11.2％～14.0％、W 2.5％～4.2％、Mo 2.4％～4.1％、Al 2.6％～4.3％、Ti 1.8％～3.0％、Nb 2.6％～4.3％和余量Ni；
所述轮缘合金粉末主要由按质量百分比计的如下组分组成：C 0.01％～0.06％、Co 10.5％～15.0％、Cr 14.5％～18.2％、W 2.8％～4.5％、Mo 3.0％～5.1％、Al 1.8％～3.3％、Ti 2.5％～4.5％、Nb 0.3％～1.1％和余量Ni。
本发明通过采用特定的轮毂合金粉末和轮缘合金粉末，通过相同的热等静压条件成形，然后将成形的轮毂盘坯和轮缘环形件装配后通过热等静压进行扩散连接，并在相同的热处理条件，能够使涡轮盘的轮毂和轮缘具有不同的力学性能，兼顾轮毂具有高的拉伸强度和优异的低周疲劳性能，轮缘具有高的持久性能、抗蠕变性能和低的裂纹扩展速率，满足高性能航空发动机涡轮盘在苛刻工况条件下性能要求。
在本发明的具体实施方式中，步骤(a)中，所述热等静压的温度为1170～1200℃，所述热等静压的压力为120～150MPa，所述热等静压的保温保压时间为2～3h。
如在不同实施方式中，步骤(a)中，所述热等静压的温度可以为1170℃、1180℃、1190℃、1200℃等等，所述热等静压的保温保压时间可以为2h、2.5h、3h等等。
在本发明的具体实施方式中，步骤(b)中，所述热等静压的温度为1170～1200℃，所述热等静压的压力为120～150MPa，所述热等静压的保温保压时间为2～3h。
如在不同实施方式中，步骤(b)中，所述热等静压的温度可以为1170℃、1180℃、1190℃、1200℃等等，所述热等静压的保温保压时间可以为2h、2.5h、3h等等。
在本发明的具体实施方式中，步骤(c)中，所述热处理包括固溶处理和一级时效处理。
在本发明的具体实施方式中，所述固溶处理的保温温度高于所述轮毂合金和所述轮缘合金的γ′相完全固溶温度。进一步的，所述固溶处理包括：于1160～1190℃保温处理1～2h后，盐浴冷却；所述一级时效处理包括：于740～780℃保温处理16h后，空冷。具体的，所述盐浴冷却为：于630℃盐浴中冷却。
如在不同实施方式中，步骤(c)中，所述固溶处理的保温温度可以为1160℃、1170℃、1180℃、1190℃等等，所述固溶处理的保温时间可以为1h、1.5h、2h等等。
在本发明的具体实施方式中，所述轮毂合金粉末和所述轮缘合金粉末的粒度为50～150μm。
在实际操作中，可采用常规方法制备相应粒度的粉末，如可以采用等离子旋转电极法制备轮毂合金粉末和轮缘合金粉末，但不局限于此。
本发明还提供了另一种双性能涡轮盘的制备方法，包括如下步骤：
(A)将轮毂合金粉末和轮缘合金粉末分别填充于涡轮盘包套的轮毂区和轮缘区，进行热等静压扩散连接，得到双合金盘坯；
(B)对所述双合金盘坯进行热处理；
所述轮毂合金粉末主要由按质量百分比计的如下组分组成：C0.02％～0.09％、Co7.0％～9.5％、Cr 11.2％～14.0％、W 2.5％～4.2％、Mo 2.4％～4.1％、Al 2.6％～4.3％、Ti 1.8％～3.0％、Nb 2.6％～4.3％和余量Ni；
所述轮缘合金粉末主要由按质量百分比计的如下组分组成：C 0.01％～0.06％、Co 10.5％～15.0％、Cr 14.5％～18.2％、W 2.8％～4.5％、Mo 3.0％～5.1％、Al 1.8％～3.3％、Ti 2.5％～4.5％、Nb 0.3％～1.1％和余量Ni。
本发明通过采用特定的轮毂合金粉末和轮缘合金粉末，通过热等静压进行扩散连接，得到双合金盘坯，并在相同的热处理条件，能够使涡轮盘的轮毂和轮缘具有不同的力学性能，兼顾轮毂具有高的拉伸强度和优异的低周疲劳性能，轮缘具有高的持久性能、抗蠕变性能和低的裂纹扩展速率，满足高性能航空发动机涡轮盘在苛刻工况条件下性能要求。
在实际操作中，所述涡轮盘包套可以为碳钢包套，其具有与涡轮盘的轮毂和轮缘结构的相对应的区域，分别为轮毂区和轮缘区。
在本发明的具体实施方式中，步骤(A)中，所述热等静压的温度为1170～1200℃，所述热等静压的压力为120～150MPa，所述热等静压的保温保压时间为2～3h。
如在不同实施方式中，步骤(A)中，所述热等静压的温度可以为1170℃、1180℃、1190℃、1200℃等等，所述热等静压的保温保压时间可以为2h、2.5h、3h等等。
在本发明的具体实施方式中，步骤(B)中，所述热处理包括固溶处理和一级时效处理。
在本发明的具体实施方式中，所述固溶处理的保温温度高于所述轮毂合金和所述轮缘合金的γ′相完全固溶温度。进一步的，所述固溶处理包括：于1160～1190℃保温处理1～2h后，盐浴冷却；所述一级时效处理包括：于740～780℃保温处理16h后，空冷。具体的，所述盐浴冷却为：于630℃盐浴中冷却。
如在不同实施方式中，步骤(B)中，所述固溶处理的保温温度可以为1160℃、1170℃、1180℃、1190℃等等，所述固溶处理的保温时间可以为1h、1.5h、2h等等。
在本发明的具体实施方式中，所述轮毂合金粉末和所述轮缘合金粉末的粒度为50～150μm。
在本发明的具体实施方式中，所述轮毂合金粉末主要由按质量百分比计的如下组分组成：C 0.04％～0.08％、Co 7.5％～9.0％、Cr 12.2％～14.0％、W 3.0％～4.0％、Mo3.0％～4.0％、Al 3.0％～4.0％、Ti 2.2％～2.8％、Nb 3.0％～4.0％和余量Ni；
所述轮缘合金粉末主要由按质量百分比计的如下组分组成：C 0.02％～0.05％、Co 12.5％～13.5％、Cr 15.5％～17.2％、W 3.5％～4.5％、Mo 3.5％～4.5％、Al 2.0％～2.8％、Ti 3.0％～4.0％、Nb 0.5％～1.1％和余量Ni。
本发明还提供了采用上述任意一种所述双性能涡轮盘的制备方法制得的双性能涡轮盘。
实施例1
本实施例提供了双性能涡轮盘的制备方法，包括如下步骤：
(1)轮毂采用FGH4095合金，主要化学成分(以质量百分数计)为：Co 8.0％、Cr13.2％、W 3.4％、Mo 3.5％、Al 3.4％、Ti 2.5％、Nb 3.4％、C 0.06％、Ni余量；使用常规等离子旋转电极法(PREP)制备FGH4095合金粉末，粉末粒度为50～150μm。
轮缘采用FGH4096合金，主要化学成分(以质量百分数计)为：Co 13.1％、Cr16.2％、W 3.9％、Mo 4.0％、Al 2.3％、Ti 3.6％、Nb 0.7％、C 0.03％、Ni余量；使用常规等离子旋转电极法(PREP)制备粉末，粉末粒度为50～150μm。
(2)将粒度为50～150μm的FGH4095合金粉末装入碳钢包套进行模拟实验，装粉后的包套进行热等静压成形，热等静压的温度为1180℃，压力120MPa，保温保压时间2h。将热等静压成形后的包套进行扒皮，得到尺寸为Φ150×50mm的轮毂盘坯。
将粒度为50～150μm的FGH4096合金粉末装入碳钢包套进行模拟实验，装粉后的包套进行热等静压成形，热等静压的温度为1180℃，压力120MPa，保温保压时间2h。将热等静压成形后的包套进行扒皮，得到尺寸为Φ内150/Φ外300×50mm的轮缘环形件。
(3)将步骤(2)得到的轮毂盘坯和轮缘环形件表面清洗干净后进行装配，然后装入碳钢包套进行热等静压扩散连接，扒皮后最终得到尺寸约为Φ300×50mm的双合金盘坯。其中，所述热等静压扩散连接处理中，热等静压的温度为1180℃，压力120MPa，保温保压时间2h。
(4)对步骤(3)得到的双合金盘坯进行热处理，得到涡轮盘坯。所述热处理包括固溶处理和一级时效，具体的热处理制度为1170℃保温处理1.5h后，淬入630℃盐浴(盐浴成分：30wt％NaCl+30wt％CaCl2+40wt％BaCl2)中冷却20min，然后于760℃保温处理16h后，空冷。
实施例2
本实施例提供了双性能涡轮盘的制备方法，包括如下步骤：
(1)轮毂采用FGH4095合金，主要化学成分(以质量百分数计)为：Co 8.0％、Cr13.2％、W 3.4％、Mo 3.5％、Al 3.4％、Ti 2.5％、Nb 3.4％、C 0.06％、Ni余量；使用常规等离子旋转电极法(PREP)制备FGH4095合金粉末，粉末粒度为50～150μm。
轮缘采用FGH4096合金，主要化学成分(以质量百分数计)为：Co 13.1％、Cr16.2％、W 3.9％、Mo 4.0％、Al 2.3％、Ti 3.6％、Nb 0.7％、C 0.03％、Ni余量；使用常规等离子旋转电极法(PREP)制备粉末，粉末粒度为50～150μm。
(2)将粒度为50～150μm的FGH4095合金粉末和粒度为50～150μm的FGH4096合金粉末装入碳钢包套(分别对应填充于轮毂区和轮缘区)进行模拟实验，装粉后的包套进行热等静压固结和扩散连接，热等静压的温度为1180℃，压力120MPa，保温保压时间2h。将热等静压成形后的包套进行扒皮，得到尺寸约为Φ300×50mm的双合金盘坯。
(3)对步骤(2)得到的双合金盘坯进行热处理，得到涡轮盘坯。所述热处理包括固溶处理和一级时效，具体的热处理制度为1170℃保温处理1.5h后，淬入630℃盐浴(盐浴成分：30wt％NaCl+30wt％CaCl2+40wt％BaCl2)中冷却20min，然后于760℃保温处理16h后，空冷。
比较例1
比较例1提供了涡轮盘的制备方法，包括如下步骤：
(1)轮毂采用FGH4096合金，主要化学成分(以质量百分数计)为：Co 13.1％、Cr16.2％、W 3.9％、Mo 4.0％、Al 2.3％、Ti 3.6％、Nb 0.7％、C 0.03％、Ni余量；使用常规等离子旋转电极法(PREP)制备FGH4095合金粉末，粉末粒度为50～150μm。
轮缘采用FGH4097合金，主要化学成分(以质量百分数计)为：Co 15.7％、Cr9.1％、W 5.6％、Mo 3.8％、Al 5.0％、Ti 1.7％、Nb 2.6％、Hf 0.3％、C 0.04％、Ni余量；使用常规等离子旋转电极法(PREP)制备粉末，粉末粒度为50～150μm。
(2)将粒度为50～150μm的FGH4096合金粉末装入碳钢包套进行模拟实验，装粉后的包套进行热等静压成形，热等静压的温度为1180℃，压力120MPa，保温保压时间2h。将热等静压成形后的包套进行扒皮，得到尺寸为Φ150×50mm的轮毂盘坯。
将粒度为50～150μm的FGH4097合金粉末装入碳钢包套进行模拟实验，装粉后的包套进行热等静压成形，热等静压的温度为1200℃，压力120MPa，保温保压时间2h。将热等静压成形后的包套进行扒皮，得到尺寸为Φ内150/Φ外300×50mm的轮缘环形件。
(3)将步骤(2)得到的轮毂盘坯和轮缘环形件表面清洗干净后进行装配，然后装入碳钢包套进行热等静压扩散连接，扒皮后最终得到尺寸约为Φ300×50mm的双合金盘坯。其中，所述热等静压扩散连接处理中，热等静压的温度为1190℃，压力120MPa，保温保压时间3h。
(4)对步骤(3)得到的双合金盘坯进行热处理，得到涡轮盘坯。所述热处理包括固溶处理和两级时效，具体的热处理制度为1190℃保温处理3h后，空冷，然后于930℃保温处理2h后，空冷，再于760℃保温处理16h后，空冷。
比较例2
比较例2提供了单合金件的制备方法，包括如下步骤：
(1)采用FGH4096合金，主要化学成分(以质量百分数计)为：Co 13.1％、Cr16.2％、W 3.9％、Mo 4.0％、Al 2.3％、Ti 3.6％、Nb 0.7％、C 0.03％、Ni余量；使用常规等离子旋转电极法(PREP)制备FGH4095合金粉末，粉末粒度为50～150μm。
(2)将粒度为50～150μm的FGH4096合金粉末装入碳钢包套进行模拟实验，装粉后的包套进行热等静压成形，热等静压的温度为1180℃，压力120MPa，保温保压时间2h。将热等静压成形后的包套进行扒皮，得到尺寸为Φ150×50mm的轮毂盘坯。
(3)将步骤(2)得到的轮毂盘坯进行热处理；所述热处理包括固溶处理和一级时效，具体的热处理制度为1100℃保温处理1.5h后，淬入600℃盐浴(盐浴成分：30wt％NaCl+30wt％CaCl2+40wt％BaCl2)中冷却20min，然后于760℃保温处理16h后，空冷。
比较例3
比较例3提供了单合金件的制备方法，包括如下步骤：
(1)采用FGH4097合金，主要化学成分(以质量百分数计)为：Co 15.7％、Cr 9.1％、W 5.6％、Mo 3.8％、Al 5.0％、Ti 1.7％、Nb 2.6％、Hf 0.3％、C 0.04％、Ni余量；使用常规等离子旋转电极法(PREP)制备粉末，粉末粒度为50～150μm。
(2)将粒度为50～150μm的FGH4097合金粉末装入碳钢包套进行模拟实验，装粉后的包套进行热等静压成形，热等静压的温度为1200℃，压力120MPa，保温保压时间2h。将热等静压成形后的包套进行扒皮，得到尺寸为Φ内150/Φ外300×50mm的轮缘环形件。
(3)将步骤(2)得到的轮缘环形件进行热处理；所述热处理包括固溶处理和两级时效，具体的热处理制度为1200℃保温处理3h后，空冷，然后于930℃保温处理2h后，空冷，再于750℃保温处理16h后，空冷。
实验例1
以实施例1为例，对本发明实施例1热处理后的涡轮盘坯的轮毂和轮缘的显微组织进行检测，具体如图1和图2所示。从图中可知，轮毂和轮缘具有基本相同的晶粒尺寸，强化相γ′尺寸和含量不同。
实验例2
对实施例1和实施例2制得的涡轮盘坯、比较例1制得的涡轮盘坯和比较例2热处理后的盘坯和比较例3热处理后的环形件的室温拉伸性能，650℃拉伸性能，750℃拉伸性能，750℃持久、蠕变性能，650℃低周疲劳性能，650℃疲劳裂纹扩展速率进行测试，测试结果见表1～表6。
表1室温拉伸性能
Figure BDA0002840546280000141
Figure BDA0002840546280000151
表2 650℃拉伸性能
Figure BDA0002840546280000152
表3 750℃拉伸性能
Figure BDA0002840546280000153
Figure BDA0002840546280000161
表4 750℃持久、蠕变性能
Figure BDA0002840546280000162
表5 650℃低周疲劳性能
Figure BDA0002840546280000163
表6 650℃疲劳裂纹扩展速率
Figure BDA0002840546280000164
Figure BDA0002840546280000171
从上述测试结果可知，本发明的双性能涡轮盘的制备方法，能够使涡轮盘的轮毂和轮缘具有不同的力学性能，满足高性能航空发动机涡轮盘在苛刻工况条件下性能要求。并且，本发明的制备方法重复性好，可控性强。
而对于轮毂选用FGH4096合金，轮缘选用FGH4097合金，上述测试结果可知，采用折衷热处理后轮毂合金的抗拉强度、屈服强度下降明显，并且低于轮缘，没有达到双性能涡轮盘力学性能特性的要求或不符合双性能涡轮盘的力学性能特性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.双性能涡轮盘的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)分别对轮毂合金粉末和轮缘合金粉末进行热等静压成形得到轮毂盘坯和轮缘环形件；
(b)将所述轮毂盘坯和轮缘环形件装配，并进行热等静压扩散连接，得到双合金盘坯；
(c)对所述双合金盘坯进行热处理；
所述轮毂合金粉末主要由按质量百分比计的如下组分组成：C 0.02％～0.09％、Co7.0％～9.5％、Cr 11.2％～14.0％、W 2.5％～4.2％、Mo 2.4％～4.1％、Al 2.6％～4.3％、Ti 1.8％～3.0％、Nb 2.6％～4.3％和余量Ni；
所述轮缘合金粉末主要由按质量百分比计的如下组分组成：C 0.01％～0.06％、Co10.5％～15.0％、Cr 14.5％～18.2％、W 2.8％～4.5％、Mo 3.0％～5.1％、Al 1.8％～3.3％、Ti 2.5％～4.5％、Nb 0.3％～1.1％和余量Ni。
2.根据权利要求1所述的双性能涡轮盘的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述热等静压的温度为1170～1200℃，所述热等静压的压力为120～150MPa，所述热等静压的保温保压时间为2～3h。
3.根据权利要求1所述的双性能涡轮盘的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述热等静压的温度为1170～1200℃，所述热等静压的压力为120～150MPa，所述热等静压的保温保压时间为2～3h。
4.根据权利要求1所述的双性能涡轮盘的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，所述热处理包括固溶处理和一级时效处理；
所述固溶处理的保温温度高于所述轮毂合金和所述轮缘合金的γ′相完全固溶温度。
5.根据权利要求4所述的双性能涡轮盘的制备方法，其特征在于，所述固溶处理包括：于1160～1190℃保温处理1～2h后，盐浴冷却；
所述一级时效处理包括：于740～780℃保温处理16h后，空冷。
6.双性能涡轮盘的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(A)将轮毂合金粉末和轮缘合金粉末分别填充于涡轮盘包套的轮毂区和轮缘区，进行热等静压扩散连接，得到双合金盘坯；
(B)对所述双合金盘坯进行热处理；
所述轮毂合金粉末主要由按质量百分比计的如下组分组成：C 0.02％～0.09％、Co7.0％～9.5％、Cr 11.2％～14.0％、W 2.5％～4.2％、Mo 2.4％～4.1％、Al 2.6％～4.3％、Ti 1.8％～3.0％、Nb 2.6％～4.3％和余量Ni；
所述轮缘合金粉末主要由按质量百分比计的如下组分组成：C 0.01％～0.06％、Co10.5％～15.0％、Cr 14.5％～18.2％、W 2.8％～4.5％、Mo 3.0％～5.1％、Al 1.8％～3.3％、Ti 2.5％～4.5％、Nb 0.3％～1.1％和余量Ni。
7.根据权利要求6所述的双性能涡轮盘的制备方法，其特征在于，步骤(A)中，所述热等静压的温度为1170～1200℃，所述热等静压的压力为120～150MPa，所述热等静压的保温保压时间为2～3h。
8.根据权利要求6所述的双性能涡轮盘的制备方法，其特征在于，步骤(B)中，所述热处理包括固溶处理和一级时效处理；
所述固溶处理的保温温度高于所述轮毂合金和所述轮缘合金的γ′相完全固溶温度。
9.根据权利要求8所述的双性能涡轮盘的制备方法，其特征在于，所述固溶处理包括：于1160～1190℃保温处理1～2h后，盐浴冷却；
所述一级时效处理包括：于740～780℃保温处理16h后，空冷。
10.采用权利要求1-9任一项所述的双性能涡轮盘的制备方法制得的双性能涡轮盘。
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