[发明专利]一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法

说明书

本发明公开了一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法，该方法包括：一、建立涡轮叶片的三维模型，进行切片处理，得到切层数据；二、对电子束选区快速成形设备的成形腔抽真空，然后对成形基板进行预热；三、将TiAl合金粉末铺设在预热后的成形基板上，然后进行预热；四、对预热后的TiAl合金粉末进行选区熔化扫描，形成单层实体片层；五、重复步骤三和步骤四，形成电子束选区熔化成形件；六、冷却后得到TiAl合金涡轮叶片。该方法采用电子束选区快速成形法制备TiAl合金涡轮叶片，通过对成形基板和TiAl合金粉末的预热，控制TiAl合金涡轮叶片的成形温度，减少了TiAl合金涡轮叶片的内部热应力，避免了TiAl合金涡轮叶片变形和断裂现象，增强了TiAl合金涡轮叶片强度和塑性的匹配性。

技术领域

本发明属于涡轮叶片制备技术领域，具体涉及一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法。

背景技术

TiAl合金的密度仅为3.8g/cm³～4.0g/cm³，是镍基高温合金的1/2，比钛合金还低10％～15％。室温下TiAl合金的弹性模量为160GPa～170GPa，比钛合金高33％，并且在750℃时其弹性模量仍能保持为150GPa，与GH4169高温合金相当。TiAl合金还具有高比强度，在750℃时其比强度仍能保持为室温下比强度的80％。此外，TiAl合金还具有高蠕变抗力、优异的抗氧化性和阻燃性能，可在760℃～800℃的条件下长期工作，是一种很有发展潜力的轻质高温结构材料，可广泛应用于航空发动机或汽车的高温部件如叶片、涡轮盘，气门阀等。

目前，TiAl合金成形主要采用传统铸造或锻造工艺，但TiAl合金高温难变形，在热加工轧制过程中容易产生裂纹、组织不均匀等缺陷。TiAl合金室温脆性大，锻造后的热处理会导致其层片组织粗大以及组织不稳定，从而进一步降低了TiAl合金的综合性能，制约了TiAl合金的应用。另外，TiAl合金在实现复杂构型尤其是薄壁、内流道等构型方面存在加工难度大、废品率高的问题。

电子束选区快速熔化成形技术是一种电子3D打印技术，可以实现金属材料的近净成形，成形过程中无需锻造、铸造工艺和模具，不受产品尺寸的制约，污染较少，生产周期较短，制造成本较低，在生产复杂构型的产品上具有独特的优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法。该方法采用电子束选区快速成形法制备TiAl合金涡轮叶片，通过对成形基板和TiAl合金粉末的预热，控制TiAl合金涡轮叶片的成形温度，减少了TiAl合金涡轮叶片的内部热应力，避免了TiAl合金涡轮叶片变形和断裂现象，增强了TiAl合金涡轮叶片强度和塑性的匹配性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、首先建立涡轮叶片的三维模型，然后沿高度方向对涡轮叶片的三维模型进行切片处理，得到切层数据，再将所述切层数据导入电子束选区快速成形设备中；

步骤二、将TiAl合金粉末装入到电子束选区快速成形设备的粉仓中，然后对电子束选区快速成形设备的成形腔进行抽真空，采用电子束对成形腔中的成形基板进行预热；所述成形基板的预热的温度为1000℃～1100℃；

步骤三、将步骤二中所述粉仓中的TiAl合金粉末均匀铺设在预热后的成形基板上，然后采用电子束对TiAl合金粉末进行预热；所述TiAl合金粉末预热的温度为1000℃～1100℃；

步骤四、根据步骤一中导入到电子束选区快速成形设备中的切层数据，采用电子束对步骤三中预热后的TiAl合金粉末进行选区熔化扫描，形成单层实体片层；

步骤五、重复步骤三和步骤四，直至各单层实体片层逐层堆积，形成电子束选区熔化成形件；

步骤六、将步骤五中所述电子束选区熔化成形件冷却至60℃，然后取出冷却至室温，得到TiAl合金涡轮叶片。