[发明专利]一种Ti2AlNb基合金双性能整体叶盘的制造方法

说明书

本发明涉及一种Tisubgt;2/subgt;AlNb基合金双性能整体叶盘的制造方法，包括以下步骤：(1)设计预制坯：基于整体叶盘零件，使用有限元数值模拟反求手段设计预制坯体；(2)预锻：取Tisubgt;2/subgt;AlNb合金的饼坯加热保温处理，随后采用开式模锻，将饼坯加工至预制坯体的形状尺寸，空冷，得到预制坯；(3)热处理：对预制坯依次进行固溶处理和时效处理，得到全片层组织；(4)终锻成形：对热处理后的预制坯加热并保温处理，采用近等温锻造，成形，冷却，即完成。本发明通过实验和数值模拟反求技术确定预制坯形状，结合预锻+热处理+终锻的工艺路线，获得盘体部位片层状组织和叶片部位等轴组织的双性能叶盘，满足其在大应力梯度和大温度梯度环境下的工作需要。

技术领域

本发明属于钛合金材料加工技术领域，涉及一种Ti₂AlNb基合金双性能整体叶盘的制造方法。

背景技术

整体叶盘将发动机轮盘与叶片连接为一整体，是一种新型结构件。这种整体式结构不仅减少了榫头、榫槽的重量，而且可以减少气流损失，从而大幅度提高系统的气动效率。

根据整体叶盘的组织不同可将叶盘分为均质整体叶盘和双性能整体叶盘，均质整体叶盘是指叶盘的叶片和轮盘部位具有相同组织状态，而双性能叶盘是根据叶片与轮盘不同的性能需求，设计不同的组织来满足不同部位的服役环境。通常情况下，叶片部位要求高的静强度以及高周疲劳强度，理想组织是等轴晶；而盘身部位要求高的抗高温蠕变能力和低周疲劳强度，片层组织比较合适。双性能整体叶盘可以使得整体叶盘的性能最优，进而满足其在大应力梯度和大温度梯度环境下的工作需要。目前双性能叶盘常使用梯度热处理装置进行分区控温锻造、热处理，但是这种方法的设备操作难度大，生产成本较高，且过渡区域组织变化陡峭，易成为双性能盘裂纹源。因此探讨新的制造工艺来达到理想的显微组织已成为钛合金双性能叶盘加工技术的关键问题。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种Ti₂AlNb基合金双性能整体叶盘的制造方法，通过“预锻+热处理+终锻”工艺的组合调控，获得盘体部位的片层组织和叶片部位的等轴组织，保证各部位均能达到双性能整体叶盘的组织、性能要求等。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种Ti₂AlNb基合金双性能整体叶盘的制造方法，包括以下步骤：

(1)设计预制坯：基于整体叶盘零件，使用有限元数值模拟反求设计预制坯体；

(2)预锻：取Ti₂AlNb合金的饼坯加热保温处理，随后采用开式模锻，将饼坯加工至预制坯体的形状尺寸，空冷，得到预制坯；

(3)热处理：对预制坯依次进行固溶处理和时效处理，得到全片层组织；

(4)终锻成形：对热处理后的预制坯加热并保温处理，采用近等温锻造，成形，冷却，即完成。

进一步的，步骤(1)中，设计预制坯体外形与尺寸时，根据整体叶盘零件外形及尺寸，并结合终锻过程中组织调控所需的应变量，使用有限元数值模拟反求预制坯形状。具体的，其设计过程如下：

S101：根据Ti₂AlNb基合金的双性能整体叶盘零件外形轮廓及尺寸要求，结合零件机械加工余量要求，初步设计预制坯形状及尺寸。

S102：将S101获得的预制坯设计结果导入有限元软件，进行终锻过程的模拟，判断模拟结果中锻件形状是否符合双性能叶盘外形轮廓、尺寸及后续机械加工要求。若锻件形状符合要求，则在此基础上提取终锻过程中锻件整体应变、温度分布。若锻件形状不符合要求，则重复S101，重新设计预制坯形状。