CN103509973A - 一种精密铸造的叶片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精密铸造的叶片，所述叶片为高塑性TiAl基合金，以重量百分含量表示，该高塑性TiAl基合金的组成为：Al：38～42%，Cr：4.8～7.8%，V：7.2～8.5%，Ta：0.02～0.10%，Mg：0.62～0.85%，稀土：0.02～0.10%，Nb：0.02～0.08%，余量为Ti和不可避免的杂质；在高塑性TiAl基合金叶片的表面以下2～3mm的横截面处，偏聚于晶界和相界上的Mg的体积浓度为18～28%；所述高塑性TiAl基合金叶片的抗拉强度为520～580MPa，屈服强度为680～720Mpa。

Description

一种精密铸造的叶片及其制造方法

技术领域

本发明涉及精密铸造领域，具体涉及叶片及其精密铸造方法。

背景技术

钛铝合金由于该一系列优异的特性，被广泛地应用于航空航天工业、能源工业、海上运输工业等方面。欧洲航天局也曾启动了航空研究计划，就是旨在掌握钛铝基合金航空发动机叶片和燃气轮机叶片。飞机发动机推重比是评价现代飞机发动机的主要指标之一，它对飞机性能有着决定性的作用。当前应用于发动机叶片的时候，较为常见的成型方法为精密铸造方法。采用熔模精密铸造工艺制备TiAl基合金构件，特别是形状复杂的构件，可得到无余量或近无余量的精密复杂构件，大幅度减少金属损耗，提高材料的利用率，减少大量机加工工时，大幅度降低生产成本。

目前使用较多的钛合金精密铸造用型壳，大致可分为：石墨型壳、钨面层陶瓷型壳、氧化物陶瓷型壳等。但是由于模具形成方式的不足以及铸造过程的参数设计不合理，导致成型后的零件表面和内部缺陷均比较多。

发明内容

本发明的目的之一在于提出一种精密铸造的叶片；

本发明的目的之二在于提出一种叶片精密铸造的方法；

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的一种精密铸造的叶片，所述叶片为高塑性TiAl基合金，以重量百分含量表示，该高塑性TiAl基合金的组成为：Al：38～42%，Cr：4.8～7.8%，V：7.2～8.5%，Ta：0.02～0.10%，Mg：0.62～0.85%，稀土：0.02～0.10%，Nb：0.02～0.08%，余量为Ti和不可避免的杂质；

在高塑性TiAl基合金叶片的表面以下2～3mm的横截面处，偏聚于晶界和相界上的Mg的体积浓度为18～28%；

所述高塑性TiAl基合金叶片的抗拉强度为520～580MPa，屈服强度为680～720Mpa。

作为优选，所述稀土为混合稀土，其重量百分比组成为：La：25～32%，Pr：22～28%，Sm：22～29%，Tb：18～21%，余量为Ce。

本发明所述的一种精密铸造的叶片的制造方法，包括以下步骤：

1）精密铸造，按照高塑性TiAl基合金的化学组成配制铁基高温合金材料，采用水溶性型芯，采用现有系统设计得到模型，采用快速成型机，采用现有激光烧结结束逐层烧结聚苯乙烯粉，再浸蜡后制得熔模，然后对熔模进行表面与内部的清洗；将熔模浸入到面层涂料中沾浆后取出，然后进行面层的撒砂、干燥，得到模壳，将模壳放入加热炉中，在温度为1000～1100℃，保温2.5～3h，然后随炉冷却到室温，得到模具；将配制的铁基高温合金材料熔炼成液态后倒入模型型壳内进行浇注，浇注温度为1050～1150℃，浇注后将精密铸造成的叶片自然冷却至室温，然后去除浇注系统，得到叶片；

2）对得到的叶片进行热等静压，温度为为920～980℃，压力为160～200MPa，保压时间为3～6小时。

3）退火：将热等静压后得到的叶片加热至665～685℃保温2～4h，然后将温度降至400～480℃保温1～1.8h，再降至380～395℃出炉，出炉后自然冷却至室温；

4）精加工：将经退火处理后的叶片用硬质合金刀具精加工成成品叶片。

其中，在退火之后和精加工之前还进行淬火和回火热处理，所述淬火为：将叶片加热至960～1020℃保温1～2h，然后出炉以油淬；所述回火为：将淬火后的叶片加热至180～220℃保温2～3h，然后出炉空冷至室温。

作为优选，所述面层涂料为氧化锆、二醋酸锆、脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇按照重量份比例为3.8～4.2：1：0.0004～0.001：0.0006～0.0012的配比通过搅拌、静置而得到的。

作为优选，所述退火的加热步骤先加热到280～320℃，保温0.8～1.5h，然后再加热至960～1020℃。

本发明的效果在于：通过特定的合金配比以及稀土元素的选取，将Mg改善TiAl合金铸态片状微观结构的塑性性能得到进一步强化，通过精密铸造以及热处理方式和温度的选取，可以使得Mg偏聚于晶界和相界的体积浓度达到合适的范围，从而使得叶片强度和耐用性得到了大幅度的提升。

具体实施方式

实施例1

一种精密铸造的叶片，所述叶片为高塑性TiAl基合金，以重量百分含量表示，该高塑性TiAl基合金的组成为：Al：40%，Cr：5.8%，V：7.8%，Ta：0.07%，Mg：0.78%，稀土：0.07%，Nb：0.06%，余量为Ti和不可避免的杂质；

在高塑性TiAl基合金叶片的表面以下2.5mm的横截面处，偏聚于晶界和相界上的Mg的体积浓度为21%；

所述高塑性TiAl基合金叶片的抗拉强度为560MPa，屈服强度为692Mpa。

实施例2：

精密铸造的叶片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）精密铸造，按照高塑性TiAl基合金的化学组成配制铁基高温合金材料，采用水溶性型芯，采用现有系统设计得到模型，采用快速成型机，采用现有激光烧结结束逐层烧结聚苯乙烯粉，再浸蜡后制得熔模，然后对熔模进行表面与内部的清洗；将熔模浸入到面层涂料中沾浆后取出；所述面层涂料为氧化锆、二醋酸锆、脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇按照重量份比例为3.9：1：0.0004：0.0007的配比通过搅拌、静置而得到的。然后进行面层的撒砂、干燥，得到模壳，将模壳放入加热炉中，在温度为1050℃，保温2.8h，然后随炉冷却到室温，得到模具；将配制的铁基高温合金材料熔炼成液态后倒入模型型壳内进行浇注，浇注温度为1080℃，浇注后将精密铸造成的叶片自然冷却至室温，然后去除浇注系统，得到叶片；

2）对得到的叶片进行热等静压，温度为为925℃，压力为170MPa，保压时间为3.9小时。

3）退火：将热等静压后得到的叶片先加热到295℃，保温1.2h，然后再加热至678℃保温2.8h，然后将温度降至460℃保温1.7h，再降至385℃出炉，出炉后自然冷却至室温；

3.1）淬火和回火，所述淬火为：将退火后的叶片加热至970℃保温1.8h，然后出炉以油淬；所述回火为：将淬火后的叶片加热至190℃保温2.9h，然后出炉空冷至室温；

4）精加工：将经退火处理后的叶片用硬质合金刀具精加工成成品叶片。

Claims (6)

1.一种精密铸造的叶片，其特征在于，所述叶片为高塑性TiAl基合金，以重量百分含量表示，该高塑性TiAl基合金的组成为：Al：38～42%，Cr：4.8～7.8%，V：7.2～8.5%，Ta：0.02～0.10%，Mg：0.62～0.85%，稀土：0.02～0.10%，Nb：0.02～0.08%，余量为Ti和不可避免的杂质；

在高塑性TiAl基合金叶片的表面以下2～3mm的横截面处，偏聚于晶界和相界上的Mg的体积浓度为18～28%；

所述高塑性TiAl基合金叶片的抗拉强度为520～580MPa，屈服强度为680～720Mpa。

2.根据权利要求1所述的精密铸造的叶片，其特征在于，所述稀土为混合稀土，其重量百分比组成为：La：25～32%，Pr：22～28%，Sm：22～29%，Tb：18～21%，余量为Ce。

3.一种权利要求1所述精密铸造的叶片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）精密铸造，按照权利要求1所述的高塑性TiAl基合金的化学组成配制铁基高温合金材料，采用水溶性型芯，采用现有系统设计得到模型，采用快速成型机，采用现有激光烧结结束逐层烧结聚苯乙烯粉，再浸蜡后制得熔模，然后对熔模进行表面与内部的清洗；将熔模浸入到面层涂料中沾浆后取出，然后进行面层的撒砂、干燥，得到模壳，将模壳放入加热炉中，在温度为1000～1100℃，保温2.5～3h，然后随炉冷却到室温，得到模具；将配制的铁基高温合金材料熔炼成液态后倒入模型型壳内进行浇注，浇注温度为1050～1150℃，浇注后将精密铸造成的叶片自然冷却至室温，然后去除浇注系统，得到叶片；

2）对得到的叶片进行热等静压，温度为为920～980℃，压力为160～200MPa，保压时间为3～6小时。

3）退火：将热等静压后得到的叶片加热至665～685℃保温2～4h，然后将温度降至400～480℃保温1～1.8h，再降至380～395℃出炉，出炉后自然冷却至室温；

4）精加工：将经退火处理后的叶片用硬质合金刀具精加工成成品叶片。

4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，在退火之后和精加工之前还进行淬火和回火热处理，所述淬火为：将叶片加热至960～1020℃保温1～2h，然后出炉以油淬；所述回火为：将淬火后的叶片加热至180～220℃保温2～3h，然后出炉空冷至室温。

5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述面层涂料为氧化锆、二醋酸锆、脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇按照重量份比例为3.8～4.2：1：0.0004～0.001：0.0006～0.0012的配比通过搅拌、静置而得到的。

6.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述退火的加热步骤先加热到280～320℃，保温0.8～1.5h，然后再加热至960～1020℃。