[发明专利]用于金属部件高温成形的芯以及制造、再生和成形方法

说明书

本发明涉及一种用于对由钛基合金制成的金属部件进行高温成形的金属芯(20)。金属芯(20)在旨在与金属部件接触的外表面(23)上具有金属碳氮化物富集的材料层。金属芯(20)包含镍基或钴基合金。金属芯(20)包含钢涂层(20B)，钢涂层(20B)具有旨在与金属部件接触的外表面(23)，钢涂层(20B)具有金属碳氮化物富集的材料层(24)。本发明还涉及制造和再生金属芯(20)的方法以及使用金属芯(20)将金属部件高温成形的方法。

技术领域

本公开涉及钛基合金金属部件的制造，例如涡轮叶片的前缘护罩。

现有技术

这种前缘护罩通常为旋转叶片的前缘提供冲击保护。本文中，“叶片”表示风扇叶片和机翼叶片。为了限制它们的重量，这些叶片通常由纤维增强聚合物基质复合材料制成。尽管这些材料通常具有非常良好的机械性能，特别是与它们的质量有关，但它们对点撞击特别敏感，这可能尤其会导致在材料内产生分层等。因此，通常由高抗性金属材料(例如钛合金)制成的护罩通常安装在这种叶片的前缘上，以保护它们免受这些冲击。这些护罩通常采用薄压力侧鳍片和薄吸力侧鳍片的形式，由横跨前缘的较厚部分连接，整个组件在前缘和相邻的压力侧和吸力侧部分呈叶片形状。压力侧鳍片和吸力侧鳍片分别在叶片的压力侧和吸力侧的这些部分上延伸，主要用于将护罩定位和固定到前缘。

为了提高叶片的空气动力学性能，它们的前缘形状越来越复杂，这使得必须采用这些形状的护罩的制造变得复杂。

在一个方法中，护罩主要通过由合金棒锻造而制造，经过弯曲、回火和挤出的连续步骤，最后一步是扭转以将鳍片连接在一起并校准较厚的部分。然而，将这种已知的方法应用于与通常用于前缘护罩的钛合金一样坚固的材料具有明显的缺点：由于锻造工具的显著磨损和大量制造步骤导致的制造成本高，以及由于很难获得非常薄的鳍片厚度或鳍片和较厚部分之间的过渡半径小的技术缺陷。

文献WO2011/114073描述了一种围绕芯的护罩的热成形方法。该芯可以任选地覆盖有由氧化钇层组成的抗扩散屏障。然而，该氧化钇层必须通过等离子体沉积来沉积。这种技术相对昂贵并且可能难以在芯的整个外表面上获得均匀的层。实际上，叶片的形状逐渐变得复杂，因此这种叶片的前缘也使得前缘上的芯的形状变得越来越复杂。

此外，事实证明，氧化钇层的降解速度相对较快，这限制了再利用芯的可能性。而且，这种工艺较为昂贵。

文献FR3049883描述了一种用于对镍基或钴基合金芯进行碳氮共渗以在芯的金属合金和要成形的金属部件的钛基合金之间形成扩散屏障的方法。

但是，镍基或钴基合金芯的碳氮共渗处理一般需要超过100个小时，甚至150小时左右，时间非常长。

在以下描述中，术语“上游”和“下游”是相对于沿着燃烧室环形壁外侧的空气流的法线方向来定义的。术语“内部”和“外部”分别表示燃烧室内部和外部的区域。

发明内容

本公开旨在至少部分地弥补这些缺点。

本公开涉及一种用于对钛基合金金属部件进行热成形的金属芯，该金属芯包含镍基或钴基合金芯，上述镍基或钴基合金包含铬、钼和/或钛，并且上述金属芯包含具有旨在与金属部件接触的外表面的钢涂层，上述钢涂层具有金属碳氮化物富集材料层。

藉由包含镍基或钴基合金的金属芯，可以对钛基合金金属部件进行热成形，例如旨在形成旋转叶片前缘的金属部件。这种热成形使得可以通过金属部件的热塑性变形制造具有复杂三维几何形状的部件，甚至是特别坚硬的板材，其具有特别有利的物理特性，特别是高疲劳强度。镍基或钴基合金在高温(例如1000℃)下不会变形或仅轻微变形。

同样由于镍基或钴基合金包含铬、钼和/或钛的事实，在金属芯的表面上形成的金属碳氮化物富集材料层在高温下、特别是在热力学上是稳定的。应注意，铬、钼和/或钛的质量含量越高，金属碳氮化物富集材料层的稳定性越高。

由于钢涂层，金属芯可以更容易地被碳氮共渗。