[发明专利]航空发动机风扇叶片用的α+β型两相钛合金及制备方法

说明书

本发明涉及一种航空发动机风扇叶片用的α+β型两相钛合金及其制备方法，其中，一种航空发动机风扇叶片用的α+β型两相钛合金的制备方法，包括以下步骤：S1，获取以下化学成分：铝4.2％～5.6％、钒7.5％～8.8％、氧0.18％～0.24％、铁≤0.5％、铌≤1％、硅0.4％～0.8％、碳≤0.05％、氮≤0.05％、氢≤0.015％，其余为钛和杂质元素；S2，对钛合金铸锭进行第一阶段镦拔；S3，在预设温度和预设变形量的条件下，换向后，对钛合金铸锭进行第二阶段镦拔；S4，将钛合金铸锭加热至相变点以上，再对钛合金铸锭进行第三阶段镦拔；S5，将钛合金铸锭加热至相变点以下，再对钛合金铸锭进行第四阶段镦拔，获得钛合金材料；S6，对钛合金材料进行热处理。本发明应用于钛合金技术领域。

技术领域

本发明涉及钛合金技术领域，特别是涉及一种航空发动机风扇叶片用的α+β型两相钛合金及制备方法。

背景技术

钛合金因其具有高比强度、模量、韧性、高损伤容限、耐腐蚀和可焊接等优良的综合性能匹配，从而成为先进飞机及发动机的主要结构材料之一。

提高推重比和效率是航空发动机持续追求的目标，风扇叶片是先进航空发动机的关键转动部件之一。自上世纪60和70年代，英国、美国等西方国家的航空发动机公司开始研制采用钛合金材料和特殊成形工艺来制造宽弦空心风扇叶片，经过了大量的设计、加工和试验研究工作，已逐步发展成熟，并陆续地应用于军、民用航空发动机上。优良的结构特性和重量优势，使钛合金宽弦空心叶片成为目前先进航空涡扇发动机风扇叶片的主要方案之一。随着技术的发展，目前，钛合金宽弦空心风扇叶片方案在降低油耗、减重、提高效率、降低噪声、抗鸟撞能力等方面受到了以GE、CFMI公司为代表的航空发动机全复合材料风扇叶片方案的竞争和挑战。

当前，钛合金宽弦空心风扇叶片通常采用的是具有中等强度的Ti-6Al-4V合金。Ti-6Al-4V是美国1954年开发出来的一种典型的α+β型两相钛合金，因其具有优异的综合性能，是航空航天工业中应用最广泛的钛合金。Ti-6Al-4V合金不仅具有良好的强韧性匹配，长时间工作温度可达400℃，而且具有良好的工艺塑性和超塑性，适合于各种加工成形，因此是发动机冷端叶片的首选材料。但是，Ti-6Al-4V合金抗拉强度的应用级别通常不超过1000MPa，已经越来越难以满足空心风扇叶片轻量化的强度需求。

现有技术中，高强钛合金大多属于β钛合金，经固溶时效处理后在β相析出大量的针状次生α相，可获得较高的强度性能，但通常弹性模量较低，难以满足叶片刚度需求。而且，β钛合金材料的合金化元素种类及含量较高，熔炼相对困难，容易产生成分偏析，难以满足旋转部件对材料组织和性能均匀性的要求。另外，叶片成形的核心工艺是超塑成形/扩散连接，其理想的显微组织状态是等轴组织，而β钛合金要获得高强度，则需要调控得到含大量次生α相的片层组织，超塑性较差，并且β钛合金材料的合金化元素种类及含量较高，扩散连接控制难度大，难以满足叶片的成形工艺需求。

因此，本发明提出一种航空发动机风扇叶片用的α+β型两相钛合金及其制备方法。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种航空发动机风扇叶片用的α+β型两相钛合金及其制备方法，通过进行化学成分设计和微观组织的调控，实现其塑性与Ti-6Al-4V合金相当，而抗拉强度大于1100MPa，采用换向镦拔和高低高低锻造相结合的方法，提升组织均匀性，解决了超塑性较差、扩散连接控制难度大的技术问题。

(2)技术方案

本发明的实施例提出了一种航空发动机风扇叶片用的α+β型两相钛合金，按质量比包括以下化学成分：铝4.2％～5.6％、钒7.5％～8.8％、氧0.18％～0.24％、铁≤0.5％、铌≤1％、硅0.4％～0.8％、碳≤0.05％、氮≤0.05％、氢≤0.015％，其余为钛和杂质元素。

本发明的实施例还提出了一种航空发动机风扇叶片用的α+β型两相钛合金的制备方法，包括以下步骤：