[发明专利]一种FGH96和GH4169同种、异种材料多级转子组件及其制备方法

说明书

本发明提出了一种FGH96和GH4169同种、异种材料多级转子组件及其热等静压近净成形制备方法，通过将多级转子组件分为两种合金区域，对不同合金区域在热等静压前填充粉末时就通过冷压方法压实，在热等静压后通过对两种不同合金区域及异种材料结合区进行分区固溶热处理和时效处理，所制备得到的转子组件在结构形式上可以自由组合，不受组件级数限制；最终的转子组件为一次热等静压成形，结合面组织均匀性好，多级转子整体性能高，实现了FGH96和GH4169合金同种、异种材料多级转子组件的精益制造，提升了转子的使用性能；并且本发明的方法对预压制体采用冷压成型，既能够避免混粉又降低了采用大型焊接设备的制备成本，并且还缩短了制备工艺流程，降低了制备难度。

技术领域

本发明涉及航空发动机转子制造技术，尤其涉及一种异种合金多级转子组件及其制备方法。

背景技术

航空发动机转子在高温、高压、高转速下运转工作，零件承受热载荷、气动载荷和离心载荷等，对于转子组件的综合性能提出了更高的要求。一方面随着发动机推重比的提高，盘件的使役温度也在不断提高，因此，粉末高温合金FGH96合金、低成本GH4169合金也被逐渐应用到航空发动机盘转动件中，例如高压压气机盘、高压涡轮盘等。另一方面，为了减轻结构重量、增强结构可靠性，航空发动机转子向轻量化、一体化方向发展，不同材料组合的转子也由此带来了一体化连接的问题。

在多级转子一体化方面，目前应用最广的工艺是通过焊接实现多级转子组件的连接。在焊接方法的选择上，由于GH4169和FGH96在材料成分、组织性能上差异很大，不能直接采用焊接工艺进行连接，目前对于钛合金和高温合金转子组件之间的连接方式采用的螺栓连接。但螺栓连接增加了转子组件的重量、降低了连接可靠性，从而增加了发动机的整体重量、降低发动机效率。

近年来，热等静压近净成形技术日趋成熟，该技术是将热等静压致密化和近净成形工艺过程控制相结合，能够为后续机械加工、等温锻造或热处理过程提供所需形状、尺寸和组织的热制毛坯。

热等静压近净成形工艺与典型转子组件的焊接工艺相比具有以下优势：

1)组织均匀、力学性能高：热等静压近净成形零件的致密度高，成分均匀，组织中没有宏观成分偏析，因此综合力学性能优异可达到锻件水平，高于焊接接头的力学性能。

2)减少机加工工序：与采用锻件进行机加工相比，热等静压近净成形零件工艺过程相对简单，仅在组件中进行组合加工，减少了转子组件在焊接前的加工工序。

3)设备简单：热等静压近净成形技术主要利用热等静压设备，避免了大型焊接设备、尤其是大型惯性摩擦焊设备的使用，解决焊接设备资源紧张的问题。

4)适用于各种结构：针对各种结构，尤其是复杂结构，均可以通过热等静压近净成形工艺进行制备。

5)制造成本低：热等静压近净成形零件材料利用率高，工艺过程相对简单，工艺周期短，降低了制造成本。

采用热等静压近净成形技术制备FGH96和GH4169合金同种、异种材料多级转子组件，需采用FGH96和GH4169两种合金粉末，但在粉末状态下进行结合时，FGH96和GH4169两种粉末在界面处存在混粉、混粉后的成分分布难以控制，无法保证结合面处的成分、组织和性能。另外，FGH96和GH4169两种合金的热处理制度也不同，为整个组件的热等静压工艺参数选择提出了更高的要求。

因此，针对FGH96和GH4169合金同种、异种材料多级转子组件，需要对多级转子组件的制备方法进行改进以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种FGH96和GH4169合金同种、异种材料多级转子组件的制备方法，使多级转子部分之间结合面组织均匀性好、整体性能高，同时制备成本相对较低。