[发明专利]一种航空发动机用的高温合金盘件的快速成型方法

说明书

一种航空发动机用高温合金盘件的快速成型方法，步骤为：1）将高温合金棒料竖直在高真空炉室中，在平行于棒料上端面水平面放置薄壁金属圆筒，圆筒外侧通入冷却循环水,圆筒内壁上在棒料端面下方设有环形托板；2）棒料沿轴向高速旋转，采用10‑30KW高功率电子束熔化棒料端面，熔融金属沿棒料端面飞出；3）熔融液滴在真空中飞行撞击带有水冷的薄壁圆筒，沉积于圆筒表面；4）上下循环移动高温合金棒，熔融金属液滴逐层沉积，成型盘形坯件；5）取出盘形坯件热处理后得到航空发动机用盘形件；工艺简化，可实现形状的精确控制，避免合金受气体和外来物的污染，消除了热诱导孔洞、非金属夹杂物、原始颗粒边界的冶金缺陷，显著提高合金力学性能。

技术领域

本发明属于金属粉末快速成型技术领域，具体涉及一种航空发动机用的高温合金盘件的快速成型方法。

背景技术

高温合金盘（环）件主要应用于航空发动机涡轮盘、涡轮挡板、压气机盘等热端部件，随着推重比和涡轮前燃气温度的不断提高，对高温合金的工作温度和性能要求也就越来越高。传统的镍基高温合金涡轮盘材料，由于强化元素不断增多，合金中偏析严重，组织不均匀，热工艺性能恶化，常规铸造和变形工艺都无法满足新型发动机对盘件的需要。上世纪70年代开始，美国和俄罗斯等国开始采用粉末冶金的方法制备镍基高温合金。粉末高温合金有组织均匀和晶粒细小的突出优点，显著提高了合金的力学性能和热工艺性能。

但是，由于高温合金粉末冶金方法制造工序复杂，需要经过合金熔炼、粉末制备、粉末处理、包套热等静压、热挤压或等温锻造、热处理等多道特殊工艺，才能实现合金完全致密。由于粉末冶金方法的特殊性，成型后的盘（环）件中还可能存在非金属夹杂、热诱导孔洞、原始颗粒边界等冶金缺陷，对合金的高温力学性能，特别是高温持久、高/低周期疲劳等性能有较大影响，甚至有可能造成盘（环）件破裂，引发重大安全事故。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种航空发动机用的高温合金盘件的快速成型方法，通过该方法制备出满足航空发动机领域需要的高温合金盘件。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种航空发动机用的高温合金盘件的快速成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将高温合金棒料竖直放置于高真空炉室中，在平行于棒料上端面水平面放置带水冷的薄壁金属圆筒，薄壁金属圆筒外侧通入冷却循环水, 薄壁金属圆筒内壁上在棒料端面下方设有环形托板；

步骤2，使棒料沿轴向高速旋转，采用10-30KW高功率电子束熔化棒料端面，熔融金属在高速离心作用下沿棒料端面水平飞出；

步骤3，熔融液滴在真空中高速飞行撞击带有水冷的薄壁金属圆筒，快速凝固并沉积于薄壁金属圆筒表面；

步骤4，匀速上下循环移动高温合金棒，使熔融金属液滴在金属圆筒表面由外向内逐层沉积，快速成型合金盘形坯件；

步骤5，将合金盘形坯件取出后，进行常规热处理，后经机加工得到航空发动机用盘形件。

所述的高真空炉室内真空度高于1×10-3Pa。

步骤2所述的棒料旋转速度为20m/s～40m/s。

步骤5所述的制得的盘形件热处理前进行热等静压处理，进一步提高其致密度。

本发明的有益效果是：

1）该方法简化了传统粉末冶金高温合金复杂的工艺流程，直接成型高致密度的高温合金盘形件，通过计算机控制棒料垂直方向的移动速度，可以实现形状的精确控制。