[发明专利]一种整体随形包套制备整体叶盘的热等静压成型方法

说明书

技术领域

本发明属于航空宇航制造技术领域，特别是涉及一种叶盘整体随形包套热等静压成型方法。

背景技术

为了满足高性能航空发动的使用要求，叶盘是上世纪80年代出现的一种新型结构件，其将位于旋转中心的轮盘和轮盘外部的叶片做成一体，省去了传统连接用的榫头、榫槽以及锁紧装置，从而使结构大为简化，避免榫头气流损失。与传统装配结构相比，整体叶片盘具有结构简单、零件数量少、重量轻，推重比和可靠性高等优点，因此整体叶盘广泛应用于各国的军用和民用航空发动机上。

热等静压是上世纪50年代发展起来的一种工艺方法，其利用高温高压介质（通常为气体），使制品得以烧结和致密化，从而实现材料的制备和零件的成形，其成形温度通常在1000℃左右，压力在100MPa以上。利用该技术可以对陶瓷、硬质合金、钛镍等难成形材料进行整体的近净成形，能够得到相对致密度高达99%左右的密度分布均匀的粉末零件。该种零件的力学性能与同材质的锻件水准相当，并且粉末利用率高，节省材料。在热等静压工艺过程中，需要制作专用包套对粉末体进行控形。

现在，国内的研究单位已经开始研究使用热等静压工艺制作航空发动机叶盘。由于叶片的形状结构复杂，属于复杂型面、变壁厚等结构，使得包套的加工难度增大，很难通过传统的机械加工对金属包套进行成型，极大的限制了热等静压制造整体叶盘。为了解决这一难题，一些研究单位使用简单包套，结合包套内的铸造模具对需要成型的叶盘进行控形，通过热等静压，得到最终的整体叶盘。该成形方法能够实现整体叶盘的成型，但模具的制作成本较高，材料的利用率低，在热等静压后，模具去除工艺复杂，耗时较长，使得整个工艺繁琐，生产周期长。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供的叶盘整体随形包套热等静压成型方法包括按顺序进行的下列步骤：

1）根据整体叶盘的形状制备蜡质芯模，该芯模根据整体叶盘的形状和热等静压零件的收缩量，加上相应的收缩变形量。蜡质芯模的形状为包套的内部型腔；

2）对蜡质芯模进行导电化处理，通过电铸方法，直接得到热等静压用的整体包套。该包套精确复制蜡质芯模的外部尺寸，顶部有直接与抽真空管相连的连接部位；

3）根据整体叶盘的材料要求，制备粉末并筛选出100～200目区间满足要求的部分备用；

4）对整体包套进行抽真空检漏，以检查电铸工艺的完整性，然后将上述制备好的粉末装入有叶盘形状的整体包套内，填充过程采用振动填充，以使粉末体内部达到较高的初始致密度；

5）将抽真空管跟整体包套的连接部位通过焊接方式相连；

6）将上述已填粉的整体随形包套置于加热炉中，然后在高温下利用真空泵通过抽真空管对包套的内部进行抽真空处理，然后对抽真空管进行焊接密封，从而保证包套的气密性；

7）将上述已密封好的整体随形包套置于热等静压设备中进行热等静压处理，以使整体叶盘的粉末材料在高温高压下固结并致密化；

8）利用化学腐蚀方法去除整体随形包套这一薄壳，得到最终的整体叶盘；

所述的步骤2）中电铸的电解液pH为3～5，温度为20～50℃，电流密度为0.5～32A/dm²，并最终用加热方式去除蜡质模芯，得到整体随形包套。

所述的步骤6）中需先在室温中进行预抽真空处理，等真空度稳定，再在加热情况下进行抽真空处理，加热炉的温度为200℃～400℃；包套内部的真空度高于3x10^-2Pa。

所述的步骤7）中热等静压工艺条件为温度与压力同时上升到900℃～1000℃和150MPa，保温保压两小时后随炉冷却至室温。

所述的步骤9）中的化学腐蚀采用电化学腐蚀方法。

本发明提供的叶盘整体随形包套热等静压成型方法是利用电铸方法制备整体随形包套，并利用包套控制整体叶盘复杂叶片曲面的成型，然后通过热等静压对粉末进行固结和致密化，从而可得到热等静压无模具的整体叶盘一次成形。这样不但降低了包套的制作难度，减少了模具的制作成本，而且提高了材料的利用率，最终得到形状结构满足要求，机械性能良好的整体叶盘。

附图说明

图1为采用本发明提供的叶盘整体随形包套热等静压成型方法成型整体叶片盘时所使用的蜡质芯模结构示意图。

图2为采用本发明提供的叶盘整体随形包套热等静压成型方法成型整体叶片盘时所使用的整体随形包套结构示意图。

图3为采用本发明提供的叶盘整体随形包套热等静压成型方法成型整体叶片盘时粉末体已装入包套内的包套结构示意图。