一种基于局部置氢制造钛合金双性能涡轮盘的方法及产品.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109652749A(43)申请公布日2019.04.19(21)申请号201811502569.2(22)申请日2018.12.10(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人邓磊李文彬王新云金俊松龚攀(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人张彩锦曹葆青(51)Int.Cl.C22F1/18(2006.01)C22F1/02(2006.01)C21D1/72(2006.01)C21D3/06(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种基于局部置氢制造钛合金双性能涡轮盘的方法及产品(57)摘要本发明属于航空发动机零件制造领域，并具体公开了一种基于局部置氢制造钛合金双性能涡轮盘的方法及产品，其包括下列步骤：将玻璃涂层涂覆在钛合金坯料需阻氢部位的表面，并将涂覆有玻璃涂层的钛合金坯料进行烧结；将烧结后的钛合金坯料进行置氢处理，以使需置氢部位达到设计氢浓度；去除钛合金坯料上的玻璃涂层；将钛合金坯料预热并保温，然后在模锻模具上进行高温模锻成形；将模锻成形的锻件进行真空退火除氢处理，去除锻件内部的氢元素，使氢含量在0.015wt.％以下。本发明成形的涡轮盘的轮毂部分为等轴组织，轮缘部分为魏氏组织，同时轮毂与轮缘间的过渡部分组织性能连续，不存在弱连接的问题。CN109652749ACN109652749A权利要求书1/1页1.一种基于局部置氢制造钛合金双性能涡轮盘的方法，其特征在于，包括下列步骤：S1在钛合金坯料需阻氢部位的表面涂覆玻璃涂层，并将涂覆有玻璃涂层的钛合金坯料在玻璃涂层软化温度下进行烧结；S2将烧结后的钛合金坯料放置在真空置氢炉中置氢，在所需的置氢温度下保温一段时间，使氢元素从钛合金坯料的侧面向内扩散，以使钛合金坯料的氢含量由外至内呈梯度分布，且轮缘及轮缘与轮毂之间的过渡区域设定位置处达到设计氢含量，然后炉冷至室温；S3取出已经过置氢处理的钛合金坯料，并去除钛合金坯料上的玻璃涂层；S4将已去除玻璃涂层的钛合金坯料预热至所需温度并保温，使未置氢的轮毂组织为α+β两相区组织，置氢的轮缘组织为β相区组织，然后将已预热的钛合金坯料在模锻模具上进行高温模锻成形，并随炉冷至室温；S5将模锻成形获得的锻件进行真空退火除氢处理，去除锻件内部的氢元素，使得氢含量在0.015wt.％以下。2.如权利要求1所述的基于局部置氢制造钛合金双性能涡轮盘的方法，其特征在于，步骤S1中的烧结温度为900℃±50℃，烧结时间为30min。3.如权利要求1所述的基于局部置氢制造钛合金双性能涡轮盘的方法，其特征在于，步骤S1中玻璃涂层的厚度控制在30μm-50μm，玻璃涂层的浆料为不与钛合金表面发生化学反应的材料。4.如权利要求1所述的基于局部置氢制造钛合金双性能涡轮盘的方法，其特征在于，玻璃涂层涂覆在钛合金坯料上对应轮毂、轮缘及过渡区域的上下表面，而轮缘的侧面不涂覆。5.如权利要求1所述的基于局部置氢制造钛合金双性能涡轮盘的方法，其特征在于，步骤S2中，置氢温度为750℃，轮缘设定位置为距轮缘外侧面距离等于轮缘半径25％处，该处氢含量设计为0.08wt.％-0.15wt.％，过渡区域设定位置为距轮缘外侧面距离等于轮缘半径50％处，该处氢含量设计为低于0.08wt.％。6.如权利要求1所述的基于局部置氢制造钛合金双性能涡轮盘的方法，其特征在于，步骤S2中保温时间采用如下公式计算：式中，C0为材料原始氢浓度，Cs为气氛氢浓度，t为保温时间，C(x,t)为保温时间为t时距离轮缘外侧面x处的氢含量，D为氢原子在钛合金中的扩散系数。7.如权利要求1所述的基于局部置氢制造钛合金双性能涡轮盘的方法，其特征在于，步骤S4中钛合金坯料的预热温度在已置氢的过渡区β相变点温度与已置氢轮缘β相变点温度之间，保温时间为1h。8.如权利要求1-7任一项所述的基于局部置氢制造钛合金双性能涡轮盘的方法，其特征在于，步骤S4中高温模锻成形过程中轮毂的变形量为50％-70％，轮缘的变形量为50％以下。9.如权利要求1-8任一项所述的基于局部置氢制造钛合金双性能涡轮盘的方法，其特征在于，步骤S5中真空退火除氢处理的温度为700℃，处理时间为4h。10.一种基于局部置氢制造的钛合金双性能涡轮盘，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的方法制备。2CN109652749A说明书1/5页一种基于局部置氢制造钛合金双性能涡轮盘的方法及产品技术领域[0001]本发明属于航空发动机零件制造领域，更具体地，涉及一种基于局部置氢制造钛合金双性能涡轮盘的方法及产品。背景技术[0002]涡轮盘是航空航天领域发动机中最重要的部件之一，它的工作条件恶劣，因此