[发明专利]双组织涡轮盘的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮盘的制造方法，特别涉及一种双组织涡轮盘的制造方法。

背景技术

文献1“刘建涛，陶宇，张义文，张国星.FGH96合金双性能盘的组织与力学性能.材料热处理学报，2010，31：71-74”公开了一种采用“粉末制备→热等静压制坯→等温锻造成形→双组织热处理”制造双性能盘的方法。此涡轮盘的盘缘部位为ASTM 5-6级晶粒度的粗晶组织，盘毂部位为ASTM 10-11级晶粒度的细晶组织。盘缘和盘毂部位得到了晶粒度梯度，但双性能未完全达到预期目标。原因在于盘缘不具有ASTM 3级或者更粗的晶粒度、盘毂不具备ASTM 12级或者更细的晶粒度。

参照图6。文献2公开号是CN101845541A的中国发明专利公开了一种双合金盘类件梯度热处理装置，该装置由梯度热处理炉和水冷装置组成。梯度热处理炉由两个半圆炉体构成，依靠电阻带对盘件进行辐射加热；通过一个固定在炉体上端的冷却箱，依靠冷却水带走热量，获得温度梯度。受到炉体结构和水冷装置冷却效率低的限制，此装置不能再更高的温度上获得更大的温度梯度。仅能对压气机盘(通常由钛合金制造)进行梯度热处理(处理时盘缘加热温度在900℃左右)，而无法对涡轮盘(通常由高温合金制造)进行梯度热处理(处理时盘缘温度在1100℃以上)。

发明内容

为了克服现有的盘缘与盘毂晶粒度梯度小的不足，本发明提供一种双组织涡轮盘的制造方法。该方法采用细晶热处理工艺、加大梯度热处理时的温度梯度，可以使盘心部位晶粒度更细、盘缘部位晶粒度更粗，进而增大盘心与盘缘部位的晶粒度梯度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双组织涡轮盘的制造方法，其特点是包括以下步骤：

(a)将以下组分的Ni基粉末高温合金进行真空熔炼，等离子旋转电极雾化法制粉，真空脱气、包套、封焊后，在1150-1200℃下进行热等静压成型，成型压力100-200MPa，成型时间为3-5h；其组分为0.02～0.05C；2.0～2.4Al；3.8～4.2W；0.6～1.0Nb；3.8～4.2Mo；3.5～3.9Ti；15.5～16.5Cr；12.5～13.5Co；＜0.5Fe；0.006～0.015B；＜0.15Mn；0.025～0.05Zr；≤0.20Si；≤0.015P；≤0.015S；≤0.001H；≤0.005N；≤0.007O；0.005-0.01Ce；Ta 0.01-0.2，余量为镍；

(b)将经过步骤(a)制备的热等静压态粉末高温合金利用壁厚δ＝3-5mm的GH4133B高温合金进行硬包套；

(c)在1080-1140℃下，对硬包套后的坯料进行退火处理，时间是30-90min，炉冷；

(d)以5-15℃/s的加热速度将经过退火处理后的坯料加热至1100-1200℃，保温30-90min；在液压机上对坯料进行多方向锻造，模具温度为900-960℃；横梁速度为4-8mm/s，即先镦粗，变形量20-40％；再拔长，变形量20-40％；回炉加热至1100-1200℃，保温10-30min；再镦粗，变形量20-40％，再拔长，变形量为20-40％；回炉加热至1100-1200℃，保温10-30min；终锻镦粗变形，变形量30-70％；空冷；

(e)对多方向锻造后的坯料进行细晶热处理，具体工艺为以5-15℃/s加热速度将坯料加热至1080-1140℃，保温30min-90min，随炉冷却；

(f)对经过步骤(a)-(e)制备的细晶盘坯进行梯度热处理，具体工艺为盘缘部分温度为1100-1200℃，盘心部分温度为650-850℃，保温60min-120min后，随炉冷却至室温。

本发明相比现有技术的有益效果是：由于经过步骤(e)细晶热处理，使涡轮盘具备ASTM 13级晶粒度，优先满足了盘心部分对细晶粒度要求；经过步骤(f)梯度热后处理，使盘缘部位晶粒显著长大至ASTM 3级晶粒度，而后满足盘缘部分对粗晶粒度的要求。与背景技术文献1的制造方法相比，增加了细晶热处理工艺、加大了梯度热处理时的温度梯度，显著增大了盘心与盘缘部位的晶粒度梯度。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例1制备细晶盘坯的光学显微镜(OM)照片。

图2是本发明实施例1制备细晶盘坯的透射显微镜(TEM)照片。

图3是本发明实施例1制造双组织涡轮盘过渡区的背散射电镜(EBSD)照片。

图4是本发明实施例1制造双组织涡轮盘过渡区的能谱线性扫描(EDS)分析。