[发明专利]一种基于热等静压工艺的空心出口导向叶片的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于热等静压工艺的空心出口导向叶片的制备方法，步骤1）根据导向叶片设计导向叶片毛坯；步骤2）根据导向叶片毛坯设计包套；步骤3）制备TC4钛合金球形粉末；步骤4）将步骤3）制备的TC4钛合金球形粉末装入步骤2）所述包套中，并且除气封焊；步骤5）将装有TC4钛合金球形粉末的包套放置于热等静压炉内进行热等静压；步骤6）去除包套，得到导向叶片毛坯；步骤7）将步骤6）导向叶片毛坯进行热处理；步骤8）将步骤7）导向叶片毛坯粗机加，去除两端多余的坯料；步骤9）焊接导向叶片毛坯两端空洞；步骤10）将导向叶片毛坯进行精机加工得到导向叶片，并在导向叶片表面进行喷丸处理。

技术领域

本发明属于航空发动机风扇零件技术领域，尤其涉及一种基于热等静压工艺的空心出口导向叶片的制备方法。

背景技术

出口导向叶片为航空发动机风扇部分主要的零件，位于风扇叶片之后，连接分流环和中介机匣外环，主要起导流的作用，并承受一定的气动力。采用空心出口导向叶片设计可以有效地降低航空发动机的重量，满足了商用航空发动机“低噪音、低成本”的要求，提高发动机市场竞争力。

目前，航空发动机上出口导向叶片的结构设计主要有两种方式，一种是实心的结构设计，另一种是空心的结构设计。实心的出口导向叶片，无论是采用什么材料，主要是通过模锻工艺制备毛坯，然后采用数控加工和表面处理工艺最终成形。针对空心的出口导向叶片，目前主要有两种工艺，一种是采用搅拌摩擦焊工艺，一种是采用扩散连接/超塑性成形(SPF/DB)组合工艺。搅拌摩擦焊工艺主要采用CN103775136公布的方法，该方法是将空心出口导叶分为凹进部分和盖板两个零件，并将两部分通过搅拌摩擦焊工艺焊接而成，其中凹进部分可以设计和加工成空心结构。搅拌摩擦焊的主要优点：该工艺为固相连接，母材不熔化，焊接接头性能高；适用于铝合金，尤其是难熔焊铝合金的焊接。该工艺的主要缺点：焊前进行空腔加工，焊后进行组合加工，机加工变形控制难度大，主要适用于铝合金，材料适用性不强。

针对扩散连接/超塑性成形(SPF/DB)组合工艺，该方法主要是借鉴钛合金空心风扇叶片的制备工艺，将钛合金板材之间先扩散连接，然后超塑成形。该工艺的主要优点：代替常规金属结构件，可实现最佳刚度重量比，减重10%～50%，经济效益可观；另外，材料扩散连接后界面基本消失，可达到母体材料性能。该工艺的主要缺点：一是扩散焊需要高精度对中控制，扩散焊后整形工艺复杂；二是原材料板材具有各向异性，钛合金板材由轧制成型而得，板材加工过程中，轧制方向和垂直于此方向的力学性能不一致，垂直于轧制方向的力学性能较差；三是内部空腔可设计性不足：受超塑成形工艺的限制，该出口导向叶片只能设计成Warren结构，很难实现结构强度设计所需的理想结构。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于热等静压工艺的空心出口导向叶片的制备方法，克服了现有技术中搅拌摩擦焊工艺下组件加工变形控制难度大、材料适用性不强，扩散连接/超塑性成形组合工艺下工艺复杂、叶片材料各向异性、内部空腔可设计性不强等问题。

为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种基于热等静压工艺的空心出口导向叶片的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）根据导向叶片设计导向叶片毛坯；

步骤2）根据导向叶片毛坯设计包套；

步骤3）制备TC4钛合金球形粉末；

步骤4）将步骤3）制备的TC4钛合金球形粉末装入步骤2）所述包套中，并且除气封焊；

步骤5）将装有TC4钛合金球形粉末的包套放置于热等静压炉内进行热等静压；

步骤6）去除包套，得到导向叶片毛坯；

步骤7）将步骤6）导向叶片毛坯进行热处理；

步骤8）将步骤7）导向叶片毛坯粗机加工，去除两端多余的坯料；

步骤9）焊接导向叶片毛坯两端空洞；

步骤10）将导向叶片毛坯进行精机加工得到导向叶片，并在导向叶片表面进行喷丸处理。