高温合金双性能整体叶盘铸造技术
一种镍基合金双性能整体叶盘的制造方法[发明专利]
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专利名称：一种镍基合金双性能整体叶盘的制造方法专利类型：发明专利
发明人：兰博,张国栋,张学军,方爽,陈由红,于秋颖,李凯申请号：CN201910715201.2
申请日：20190802
公开号：CN110788562A
公开日：
20200214
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明是一种镍基合金双性能整体叶盘的制造方法，本发明制造方法首先经大变形量等温锻造制造出细晶盘毂毛坯3，然后在盘毂毛坯3上采用电子束熔丝增材制造方法制备出粗大柱状晶的叶片毛坯4，再对整体叶盘毛坯进行小变形量的等温锻造变形，该种小变形量的等温锻造能够有效消除电子束熔丝沉积叶片毛坯内部的气孔及未熔合等缺陷，使整体叶盘毛坯致密化；同时有利于合金元素在盘毂毛坯3和叶片毛坯4界面处的均匀扩散，强化盘毂毛坯3和叶片毛坯4之间的界面结合；而且通过对整体叶盘毛坯的局部梯度变形，可以实现双性能整体叶盘的盘毂毛坯3与叶片毛坯4结合界面处两种显著差异组织之间的渐变过渡，能够大幅提高镍基合金双性能整体叶盘的耐久性和可靠性，得到整体叶盘锻件5。
申请人：中国航发北京航空材料研究院
地址：100095 北京市海淀区北京市81号信箱科技发展部
国籍：CN
代理机构：中国航空专利中心
代理人：陈宏林
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先进铸造技术实现航空发动机高温合金部件生产
先进铸造技术实现航空发动机高温合金部件生产先进铸造技术实现航空发动机高温合金部件生产航空发动机作为飞机的核心部件，对于其性能和质量要求非常高。
在飞行过程中，发动机不可避免地会面临高温和高压环境的考验，因此需要使用高温合金材料来制造发动机的关键部件。
然而，高温合金的制造并不容易，它的熔点高、金属流动性差，传统的铸造工艺难以满足其要求。
因此，研发先进的铸造技术来实现航空发动机高温合金部件的生产成为了当今航空制造领域的一个重要课题。
一、先进铸造技术的背景和意义航空发动机高温合金部件是承载发动机工作负载、耐受高温和高压环境的重要组成部分。
传统的铸造工艺对于高温合金的制造存在一些问题，如温度控制困难、晶粒度不均匀等。
这些问题导致了高温合金部件在使用过程中容易出现脆性断裂等质量问题，并且制造成本也较高。
因此，研发先进的铸造技术来实现航空发动机高温合金部件生产的意义重大。
二、先进铸造技术的研究方向1. 智能铸造技术智能铸造技术是一种将信息技术与铸造工艺相结合的技术，通过对铸造过程的监测和控制，实现高温合金部件的精确制造。
其中，传感器技术可用于实时监测和控制铸造过程中的温度、压力等关键参数，从而提高部件的质量和性能。
2. 三维打印技术三维打印技术是一种将数学模型直接转化为实体的制造技术，通过逐层堆叠材料来构建三维结构。
对于高温合金部件的制造，三维打印技术具有很大的优势，可以实现复杂零件的精确制造，并且可以减少材料浪费，提高制造效率。
3. 选择性激光熔化技术选择性激光熔化技术是一种利用激光束将金属粉末逐层熔化并凝固成形的制造技术。
该技术具有高精度、高效率的特点，适用于制造复杂形状的高温合金部件。
此外，激光熔化技术还可以实现对材料组织和性能的精确控制，提高部件的耐高温性和机械性能。
三、先进铸造技术在航空发动机制造中的应用1. 提高发动机效率和性能先进铸造技术可以制造出更加复杂和精细的高温合金部件，如叶片、燃烧室等。
高温合金铸造流程
高温合金铸造流程高温合金铸造听起来就很厉害呢，那我来给你好好讲讲这个流程吧。
一、模具准备。
要进行高温合金铸造啊，模具是很关键的一步。
这个模具就像是一个小房子的框架一样，给高温合金提供一个成型的空间。
模具得提前设计好形状和尺寸哦，可不能马马虎虎的。
要根据我们最终想要得到的高温合金部件的样子来设计。
比如说，如果要铸造一个像小齿轮一样的东西，那模具就得有齿轮的形状。
而且模具的材质也很有讲究，得是那种能够承受高温的材料，不然在高温合金熔化灌注的时候，模具就坏掉了，那可就前功尽弃了。
做好模具之后呢，还得对模具进行清理，就像我们打扫房间一样，不能有杂物，要干干净净的，这样高温合金在里面才能成型得好。
二、合金材料准备。
高温合金可不是普通的材料。
在铸造之前，我们得先把合金材料准备好。
这就像做菜要先准备食材一样。
高温合金的成分可是很复杂的，里面可能有各种各样的金属元素混合在一起。
我们要按照精确的比例把这些元素配好。
这个比例可不能出错，要是哪个元素多了或者少了，就可能影响高温合金的性能。
比如说，镍基高温合金里镍的含量就很关键，如果镍少了，可能高温下的抗氧化性能就不好了。
配好材料之后呢，还要把这些材料进行熔化前的处理，可能要进行研磨之类的操作，让它们变成合适的大小和形状，这样才更容易熔化。
三、熔化合金。
接下来就是熔化合金这个激动人心的环节啦。
这就像是把冰变成水一样，不过要热得多得多。
我们要使用特殊的熔炉来熔化高温合金。
这个熔炉的温度那可高得吓人，能达到一千多摄氏度呢。
在熔化的过程中，要不断地观察合金的状态，就像看着锅里煮的东西一样。
要确保合金完全熔化，而且要均匀熔化，不能有的地方熔化了，有的地方还是硬块。
这时候操作人员可不能分心，得小心翼翼地控制熔炉的温度和加热时间，就像呵护一个小宝贝一样，要是温度或者时间没控制好，合金的质量就会受到影响。
四、浇注。
合金熔化好了之后，就到浇注的时候啦。
这就像是把水倒进模具这个小房子里一样。
先进高温合金近净形熔模精密铸造技术进展
第26卷 第3期2006年6月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o.l 26,N o .3June 2006先进高温合金近净形熔模精密铸造技术进展曹腊梅,汤 鑫,张 勇,薛 明,李爱兰,盖其东,刘发信(北京航空材料研究院,北京100095)摘要:介绍近期国内外的高温合金近净形熔模精密铸造技术研究发展状况,重点介绍北京航空材料研究院在航空发动机高温合金涡轮叶片、整体叶盘以及导向器和机匣类结构件的精密铸造技术领域取得的研究成果。
论述高温合金精密铸造技术的未来研究重点。
关键词:高温合金;近净形;精密铸造;进展中图分类号:TG132.3 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2006)03-0238-06收稿日期:2006-02-21;修订日期:2006-04-11作者简介:曹腊梅(1966-),女,研究员,主要从事高温合金精密铸造技术研究,(E -ma il)la m e.i cao @bia m.ac .cn 。
近净形熔模精密铸造是一种少(无)切削的特种铸造方法。
铸件的工作面无需机械加工或只进行局部打磨,即可达到类似抛光铸件的尺寸精度和表面粗糙度。
它是通过严格的工艺设计、使用精密制造的模具工装、优质模料、铸型材料、优质的合金材料在专用的工艺装备上进行浇注和凝固结晶以及对铸件成形过程中各工艺环节和工艺因素的严格控制,获得高尺寸精度和低表面粗糙度,使用性能满足设计要求的铸件。
它是精密高效的CAD /CAM /CAE 技术、材料学、冶金物理与化学、环境与装备保障、精密成形控制、表征与无损检测等多学科交叉的综合技术。
高温合金近净形熔模精密铸造技术,主要针对航空航天动力系统热端部件,如涡轮叶片、整体叶盘、导向器、机匣类复杂异型结构特点和高温结构材料的物理化学特性形成的专用近净形熔模精密铸造技术,内容包括近净形铸造工艺设计、熔模材料与精密成形技术、高温陶瓷材料与精密成形技术、高温合金浇注成形与凝固结晶控制技术、铸件后处理与专用工装研究,以及工艺过程中质量控制方法和表征技术研究。
双性能粉末高温合金涡轮盘的研究进展
第27卷 第4期2007年8月 航 空 材 料 学 报JOURNAL OF AERONAUTI CA L MATER I ALSVol 127,No 14 August 2007双性能粉末高温合金涡轮盘的研究进展胡本芙, 田高峰, 贾成厂, 刘国权(北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083)摘要:粉末高温合金由于在高温条件下表现出一系列优越的性能而成为制造高推重比航空发动机涡轮盘等热端部件的首选材料,特别是近年来对具有双晶粒组织的双性能涡轮盘不断深入的研究,使粉末高温合金应用前景更加乐观。
本文论述国内外双性能粉末高温合金涡轮盘的研究进展,重点分析在制备中面临的问题,并对国内研制双性能涡轮盘提出建议。
关键词:航空发动机;双性能涡轮盘;粉末高温合金;双重组织中图分类号:T F122 文献标识码:A 文章编号:100525053(2007)0420080205收稿日期622;修订日期223作者简介胡本芙(3—),男,教授,主要从事粉末高温合金的研究,(2)f @6。
涡轮盘是航空发动机热端的关键部件之一,通常在540～840℃工作,因而要求材料具有优良的力学性能和热加工性能,镍基粉末高温合金由于在高温下表现出一系列优异的性能,有效保证发动机的可靠性和耐久性,所以成为制造先进航空发动机高压涡轮盘等关键热端部件的首选材料[1,2]。
随着航空发动机推重比的提高,先进发动机涡轮前工作温度已高达1750℃左右,这需要合金材料具有较高的承温能力和性能稳定性。
航空发动机用涡轮盘,盘心部位(轮毂)工作温度低,但它相应的要受到涡轮轴的扭转作用,需要细晶组织以保证足够的拉伸强度和疲劳抗力;盘缘部位(轮缘)要承受的工作温度高(因为它接近高温气体通道),所以需要粗晶组织保证足够的持久、蠕变和抗疲劳裂纹扩展性能,这样就要求涡轮盘件的不同区域具有不同晶粒尺寸的显微组织,以获得相应的力学性能,双性能涡轮盘就是具有双晶粒组织(盘心细晶组织,盘缘粗晶组织)的新一代涡轮盘。
高温合金双性能整体叶盘铸造技术
第26卷 第3期2006年6月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o.l 26,N o .3June 2006高温合金双性能整体叶盘铸造技术汤 鑫,曹腊梅,盖其东,李爱兰,张 勇,刘发信(北京航空材料研究院,北京100095)摘要:介绍铸造高温合金双性能整体叶盘的铸造工艺,包括双性能合金材料的选择、整体叶盘组织的形成方法、控制措施和浇注工艺参数以及热处理制度对双性能整体叶盘力学性能的影响。
结果表明,当浇注过热度 T =160~290 ,铸型搅动转数n =K +270~K +300(rp m )时,整体叶盘叶片为定向柱晶组织、轮盘为等轴晶组织,初步获得双性能叶盘的热处理制度为1180 /2h+1230 /3h ,AC +1100 /4h ,AC+870 /20h ,A C 。
关键词:合金材料;整体叶盘;双性能;定向柱晶;等轴晶;热处理中图分类号:TG132.32 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2006)03-0093-06收稿日期:2006-01-30;修订日期:2006-04-05作者简介:汤鑫(1965-)男,高级工程师,(E -m a il)x i n .tang @b i a m.ac .cn 。
目前精铸整体叶盘广泛应用于直升机和起动机等小型发动机上,整体叶盘叶片的极限温度大于1000 ,转数达到100000rpm 。
在这样高的温度和转速条件下,整体叶盘的工作条件是相当恶劣的,叶盘的叶片同时承受高温、燃气腐蚀、离心力、弯曲应力、热应力、振动和热疲劳的作用,因此要求叶片除了应具有良好的高温抗氧化性、耐腐蚀能力和足够高的强度外,还应具有良好的高温持久和蠕变性能、机械疲劳和热疲劳性能以及足够的塑性和冲击韧性。
而轮盘部分虽然工作温度比工作叶片低,但应力条件异常复杂,轮毂和辐板等各部位所受应力、温度、介质作用程度不同,因此对轮盘的基本性能要求为:在中低温下具有高的屈服强度、抗拉强度和塑性,足够的持久、蠕变强度和低循环疲劳强度,良好的耐蚀性能和组织稳定性[1]。
双组织高温合金整体材料的制备方法及试棒、叶盘和叶环[发明专利]
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专利名称：双组织高温合金整体材料的制备方法及试棒、叶盘和叶环
专利类型：发明专利
发明人：李相伟,温冬辉,王瑶,郭秋娟,郑江鹏,丁仁根,初铭强,张书彦,张鹏
申请号：CN202011306892.X
申请日：20201119
公开号：CN112548076A
公开日：
20210326
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种双组织高温合金整体材料的制备方法，包括：采用定向凝固工艺，制备出柱晶或单晶的高温合金，再对高温合金进行机械加工，获得籽晶；将籽晶放入模具内，压制蜡模；再对蜡模进行加工，制备出型壳，然后型壳经过脱蜡和低温焙烧后，得到模壳；将模壳放进保温炉中，随炉升温，保温，得到加热后的模壳；对合金进行熔炼，化清后高温精炼，降温，并将合金浇注到模壳内，得到浇注有合金的模壳；将浇注有合金的模壳进行静置，然后将模壳在转动下，进行机械振动，使模壳的另一部分凝固成细晶。
该方法可实现整体配件的一体化成型，大幅提高双组织配件的合格率和生产效率。
本发明还提供将该制备方法用于制备试棒、叶盘和叶环。
申请人：东莞材料基因高等理工研究院,广东书彦材料基因创新科技有限公司
地址：523808 广东省东莞市松山湖园区沁园路4号2栋902-905室
国籍：CN
代理机构：广州市越秀区哲力专利商标事务所(普通合伙)
代理人：杨艳
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先进航空发动机用高温钛合金双性能整体叶盘的制造
先进航空发动机用高温钛合金双性能整体叶盘的制造蔡建明; 李娟; 田丰; 叶俊青【期刊名称】《《航空制造技术》》【年(卷),期】2019(062)019【总页数】7页(P34-40)【关键词】钛合金双性能整体叶盘; 分区控温梯度热处理; 局部包覆控时梯度热处理【作者】蔡建明; 李娟; 田丰; 叶俊青【作者单位】中国航发北京航空材料研究院北京100095; 贵州安大航空锻造有限责任公司安顺561005【正文语种】中文先进航空发动机高推重比、高增压比、高涡轮前温度及低油耗目标的实现，除了采用先进的结构设计和精准的强度计算外，还强烈依赖于轻质耐热钛合金材料及高效轻量整体叶盘结构的综合应用。
传统钛合金受航空发动机压气机转子部件高温、高压、高速工作状态引起的蠕变、保载疲劳、氧化、钛火等因素的制约，长时工作温度不能超过600℃[1–2]，典型的600℃高温钛合金有英国IMI834及我国Ti60等。
与国内其他常用航空钛合金如TC11、TA19、TC17相比，Ti60钛合金在500℃以上有显著的蠕变性能优势，适用于高压压气机后段的整体叶盘、机匣等部件。
在400～600℃温度区间，与GH4169镍基高温合金相比，Ti60钛合金的比强度和比疲劳强度有优势，在获得相同使用性能情况下，通过以钛代镍，可实现约40%的减重效果[3]，且钛合金转子相对降低了对压气机轴的载荷作用，从而可以提高发动机的推重比和使用可靠性。
与传统榫齿连接结构相比，采用整体叶盘结构可以显著提高发动机的部件减重效果，提高压气机空气增压效率和气动稳定性，并可避免榫齿连接结构因叶片榫头与盘榫槽接触区域发生微动磨损引发疲劳失效的风险。
航空发动机压气机整体叶盘工作时，叶片和盘承受的温度条件和应力条件有着显著差异，相对而言，叶片工作温度高、应力小、振动频率大，主要承受离心拉应力和高频振动应力的综合作用，且有受到外物冲击的可能，因此应重点考虑叶片的拉伸强度、高周疲劳和抗外物冲击性能；盘承受高的多轴低频循环应力作用，工作温度相对较低，且从盘心到盘缘沿径向有较大的温度梯度和应力梯度[4]，又考虑到叶片与机匣需保持小的间隙以及盘破裂会带来发动机非包容损伤的巨大危害，因此应更加强调盘的高温蠕变、低周疲劳和损伤容限性能[5]，可见，同一个整体叶盘零件的不同部位实际上对力学性能是有不同特定要求的。
高温合金铸造工艺研究
高温合金铸造工艺研究高温合金的应用范围越来越广泛，尤其在航空、航天等领域具有重要的作用。
随着高科技产业的发展，高温合金铸造技术也日益受到重视。
高温合金铸造是利用金属融化后的流动性和可塑性，将高温合金注入模具中，通过凝固结晶得到所需形状的工艺。
本文将从高温合金铸造的工艺、材料、设备、应用等方面进行探讨。
一、高温合金铸造的工艺高温合金铸造工艺包括：制备合金材料、熔化合金材料、铸造成型、冷却定形等过程。
其中，铸造成型是整个工艺的核心环节。
1.熔炼合金材料熔融高温合金是铸造技术的前提，而熔融高温合金的质量和纯度对铸造质量有着直接的影响。
因此，高温合金铸造过程中，熔化合金材料被视为一个极为重要的环节。
熔炼高温合金通常采用电弧炉或感应炉，在一定的温度下进行熔化，制成铸造给定型的高温合金液态。
2.铸造成型高温合金铸造的成型方式包括：压力铸造、重力铸造和真空气压铸造等。
其中，压力铸造是目前最为常用的一种方法。
通过熔融高温合金注入模具，再施加一定的压力，使熔融高温合金定形成型。
但是，这种成型方式需要高度精密的铸造设备，且生产效率相对较低，成本也较高。
因此，在实际应用中，还需要根据实际需求选择合适的成型方式。
3.冷却定形高温合金铸造成型后，需要进行冷却定形，这是铸造工艺中的最后一个环节。
在冷却过程中，需要严格控制铸造温度和冷却速度，以确保高温合金零部件的质量和强度。
同时还需要采用适宜的工艺方法对高温合金进行行热处理，以提高其力学性能。
二、高温合金铸造材料高温合金是一种在高温和强腐蚀条件下具有优异机械性能和化学性能的特殊金属材料，其组成和性能完全不同于普通钢铁材料。
高温合金铸造材料通常采用金属、陶瓷、晶体等材料，其中，金属材料是最为常用的材料。
1.金属材料金属材料包括镍基合金、钛基合金、铁基合金、铝基合金等，其中，镍基合金是应用最广泛的一种。
镍基合金具有很好的耐高温性、耐腐蚀性、耐磨性和抗疲劳性等优异性能，在航空、航天、化工、核能、海洋和医疗等领域都有广泛的应用。
高温合金大铸锭低偏析熔铸及大型构件整体制备技术
高温合金大铸锭低偏析熔铸及大型构件整体制备技术一、背景介绍高温合金是一种在高温环境下具有优异性能的金属材料，广泛应用于航空、航天、能源等领域。
而大铸锭低偏析熔铸及大型构件整体制备技术则是高温合金制备中的关键技术之一，其主要目的是提高高温合金的质量和性能。
二、大铸锭低偏析熔铸技术1. 熔炼设备采用电弧炉或感应炉等设备进行熔炼。
其中，电弧炉具有操作简便、能耗低等优点，但需要使用钙钛线圈进行脱氧；感应炉则可以避免钙钛线圈带来的污染问题。
2. 熔铸工艺采用真空气氛下进行熔铸，以减少氧化和夹杂。
同时，在浇注过程中也要控制浇注速度和温度梯度，以保证铸坯的质量。
3. 偏析控制通过添加合适的元素和调整成分比例来控制偏析。
例如，在镍基高温合金中添加微量元素铝和钛，可以有效控制偏析。
4. 铸坯制备采用大型铸造设备进行铸造，以制备直径达到1米以上的大铸锭。
三、大型构件整体制备技术1. 粉末冶金法采用粉末冶金法可以制备出具有高密度、均匀组织和细小晶粒等特点的高温合金构件。
该方法需要将高温合金粉末与黏结剂混合后压制成型，再进行烧结处理。
2. 热加工法采用热加工法可以直接对高温合金进行塑性加工，以获得所需形状和尺寸的构件。
其中，常用的热加工方法包括挤压、锻造、轧制等。
3. 3D打印技术3D打印技术可以实现对复杂形状的高温合金构件进行快速制造。
该技术需要使用激光或电子束等能量源将高温合金粉末逐层熔融，并在每一层上形成所需形状。
四、总结大铸锭低偏析熔铸及大型构件整体制备技术是提高高温合金质量和性能的关键技术。
采用适当的熔炼设备、控制偏析、制备铸坯和采用粉末冶金法、热加工法或3D打印技术等方法可以实现高温合金构件的整体制备。
航空发动机用整体叶盘制造技术
航空发动机用整体叶盘制造技术作者：王科来源：《新材料产业》 2017年第5期一、引言整体叶盘（B l i s k）是现代航空发动机的一种新型结构，它将发动机转子的叶片与轮盘进行整体设计与制造。
与传统结构相比，由于省去了起连接与固定作用的榫头、榫槽和锁紧装置（如图1），整体叶盘具有如下优点：叶盘的轮缘径向高度、厚度及叶片原榫头部位尺寸均减小，显著减轻了转子的质量；零件数量大量减少，转子结构大为简化，有利于装配和平衡，使发动机的可靠性增加；在传统的叶片和轮盘连接方式中，榫头和榫槽之间的间隙造成了气流的逸流损失，采用整体叶盘后可消除这一损失，提高了发动机工作效率，增加了推力；有效地避免了装配不当带来的榫头-榫槽磨损及锁片损坏，提高了发动机的可靠性[1-3]。
然而，采用整体叶盘的结构与从前的涡轮盘和叶片单独制造技术相比，除具有上述诸多优点外，同时也面临着严峻的技术挑战，整体叶盘的制造技术是未来制备先进航空发动机必需攻克的世界性难题[4-7]。
西方发达国家于20世纪80年代中期开始将整体叶盘技术应用于航空发动机产品上，该技术目前已在诸多高推重比和大涵道比发动机上得到应用，有效推动了当代航空发动机的发展和技术提升[8-11]。
我国紧跟国际技术潮流，在21世纪初也开展了精铸高温合金整体叶盘、精锻钛合金整体叶盘、热等静压粉末高温合金整体叶盘等研制工作，并取得卓越成就。
本文全面系统地论述了国内外航空发动机用整体叶盘综合制造技术的最新进展。
二、近成形制坯技术1. 精密铸造技术铸造数值模拟软件的迅猛发展，使得铸造过程流场、温度场可以实现较为准确的定量表征，从而有力地促进了定向凝固理论和热等静压技术的发展，明显改善精密铸件质量。
近年来，数值模拟技术在预防铸件缺陷形成及尺寸变形、改善铸造合金组织、优化铸造工艺上发挥出越来越大的作用，显著提升了铸件的性能，也减少了叶片表面裂纹，提高了叶片抗疲劳性能。
20世纪70年代，美国广泛开展了高温合金整体叶盘精铸技术的研究，实现了轮盘为等轴晶、叶片为M247、C M681定向凝固材料的双性能整体叶盘的制备。
镍基高温合金的三种铸造成型方法
镍基高温合金的三种铸造成型方法
镍基高温合金是一类在高温下仍能保持高强度和耐腐蚀的合金，因其优异的性能而广泛应用于航空、航天、汽车、化工等领域。
铸造高温合金是一种重要的高温合金类型，其制造流程主要包括熔炼、铸造、热处理和表面处理等环节。
目前，镍基高温合金的铸造成型方法主要包括三种:
1. 真空铸造：真空铸造是一种在高温下进行铸造的方法，可以有效地减少气体干扰，提高铸件质量。
该方法适用于制造大型、高精度、复杂形状的铸件，如航空发动机叶片等。
2. 压力铸造：压力铸造是一种在高温下将熔融金属注入模具中的方法，可以通过增加压力来增加铸件的精度和强度。
该方法适用于制造大型、高精度、复杂形状的铸件，如航空发动机叶片等。
3. 熔模铸造：熔模铸造是一种将熔融金属注入模型中的方法，可以通过制作特殊的熔模来制造复杂的铸件。
该方法适用于制造大型、复杂形状的铸件，如航空发动机叶片等。
以上三种铸造成型方法各有优缺点，具体应用应根据铸件的形状、大小、精度和强度要求等因素进行选择。
真空铸造和压力铸造适用于制造大型、高精度、复杂形状的铸件，而熔模铸造适用于制造大型、复杂形状的铸件。
高温合金整体叶轮铸造技术的研究进展
在激烈的市场竞争过程中, 发动机的经济性越 来越为人们所关注, 为了降低制造成本, 目前小型涡 轮发动机基本上均采用整体铸造叶轮, 即将叶片和 轮盘一次整体铸造而成。这样不但大大降低了叶轮 的制造成本, 而且在设计上也有许多优点。
在目前先进的小型发动机上, 整体叶轮叶片的 极限 温度 大 于 1000 , 转 数超 过 100000rev /m in。 在这样高的温度和转数条件下, 整体叶轮承受很高 的机械应力和热应力, 容易造成叶片和轮毂断裂。
第 3期
高温合金整体叶轮铸造技术的研究进展
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图 3 M ar M 247合金热控法细晶叶轮 F ig. 3 A lloy M a rM 247 cast turbine w hee l by the rm al con
tro l fine grain process
化学法是通过加入孕育剂, 增加外来结晶核心 来使铸件晶粒细化。铸铁和有色合金铸件经常采用 这种方法。对于高温合金铸件来说, 它是通过将细 化剂 (通常为金属间化合物或硼化物 )直接加入到 合金液内而使晶粒细 化 [ 3] 。由于高 温合金铸件的 熔炼浇注都在真空炉内进行, 因此不太容易控制细 化剂的加入工艺, 且化学法细晶工艺还需依赖于较 低的浇注温度。不同 牌号的合金需 要不同的细化 剂, 应用受到了限制。尤其严重的是细化剂的加入 容易带进外来夹杂, 它是铸件疲劳裂纹的根源 。美
航空发动机双性能盘制造技术与机理的研究进展
航空发动机双性能盘制造技术与机理的研究进展高峻;罗皎;李淼泉【摘要】具有双重组织的双性能涡轮盘和压气机盘因其优秀的综合性能而成为制造高推重比航空发动机的研究热点.介绍国内外航空发动机用高温合金、钛合金双性能盘的研究进展,对双合金双组织双性能盘和单合金双组织双性能盘进行比较,着重分析两类盘在制造过程存在的主要问题,未来双性能盘的研究重点将落在适合双重热处理的粉末合金和钛合金、双重热处理装置改进、超细晶盘坯和双合金连接弱化方面.%Dual property turbine or compressor disk for high thrust-weight ratio areo-engine was in deeply studied due to its dual micro-structure and excellent mechanical properties in recent years. The advance in aero-engine dual property disk of superalloy and titanium alloy was introduced. And dual property disks consisting of two alloys and one alloy were compared. Moreover, the encounter problems in the study were analysed with emphasis. In the future, the research focuses on dual property disks of P/M superalloy and titanium alloy which are suitable for dual microstructure heat treatment (DMHT) , apparatus improvement for DMHT, ultrafine-grained billet and improving the performance of dual alloy disk joints.【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2012(032)006【总页数】7页(P37-43)【关键词】航空发动机;双性能盘;高温合金;钛合金【作者】高峻;罗皎;李淼泉【作者单位】西北工业大学材料学院,西安710072;西北工业大学材料学院,西安710072;西北工业大学材料学院,西安710072【正文语种】中文【中图分类】V223;V215.5提高航空发动机推重比，同时有效保证发动机使用的持久性和可靠性，是发动机设计者的永恒追求。
整体叶盘制造工艺技术综述_史耀耀
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运动方向
A 图4 线性摩擦焊原理示意图
振阶段、顶锻维持阶段 。 [11-13] 线性摩擦焊技术在整体叶盘制
造中的技术优势在于 ： [12] （1）加 工 效 率 高，材 料 损 耗 小。
线性摩擦焊相比于数控铣削，可以节 省 大 量 的 贵 重 金 属，提 高 金 属 利 用 率；焊接过程中完全自动化，人为参 与因素很小，焊接控制参数如压力、 时间、频率和振幅等参数控制简单， 故其可靠性高，且使加工时间大幅降 低，效率明显提高。
制造技术
欧洲喷气涡轮公司
EJ200军用 发动机
第3级风扇、 3级低压压气机
电子束焊接 线性摩擦焊
英国R·R公司
RB715民用 发动机
压气机1、2级钛合金盘
整体铣削
美国GE公司
F414军用 发动机
第2~3级风扇叶盘 高压压气机第1、2级钛合金盘 高压压气机第3级高温合金盘
焊接 整体铣削 电解加工
美国P·确成形加工技术主要包括：数控铣 削加工技术、数控电解加工技术以及 电火花加工技术等。由于其存在不 同的技术局限性，各工艺技术向着高 效、低耗、低成本方向发展。 1 多轴联动数控铣削技术
我国航空材料研究院对整体叶 盘的精密铸造技术进行了深入研究， 分析双性能合金材料的选择、整体叶 盘组织的形成方法、控制措施和浇注 工艺参数以及热处理对整体叶盘力 学性能的影响，为铸造工艺设计特殊 装置，使叶片凝固过程中获得径向温 度梯度，并且通过不同的试验方案， 成功铸造出直径 120mm，带有 34 个 叶片的涡轮整体叶盘，如图 3 所示 [5]。
封面文章 COVER STORY
整体叶盘制造工艺技术综述
Blisk Disc Manufacturing Process Technology
一种高温合金叶片的锻造工艺及工装建模
一种高温合金叶片的锻造工艺及工装建模一、引言高温合金叶片是工业领域中重要的零件之一，其主要应用于航空发动机、火力发电、化工等领域，具有高强度、高温下良好的耐腐蚀性以及良好的疲劳寿命等特点。
在制造过程中，锻造是一种常用的加工方法，通过逐步变形和结构改变，使材料形成所需的形状和性能，而锻造工艺和工装的设计则决定了零部件的质量和性能。
二、高温合金锻造工艺流程1.调质处理：首先对高温合金材料进行调质处理，以使其达到最佳的加工性能。
2.预加热：采用电炉对材料进行预加热，使其均匀加热，减小加工强度。
3.开模：高温合金材料直接作为母坯，在模具中进行锻造，通过锤击进行塑性变形，使其达到所需的形状和尺寸。
4.冷却处理：通过冷却处理，消除锻造过程中的残留应力，提高叶片的耐疲劳性。
5.热处理：最后对叶片进行热处理，使其具有所需的力学性能和微观组织特性。
三、高温合金锻造工艺中的问题及解决方法1.热裂纹：在高温下，材料容易产生热裂纹，影响叶片的机械性能和使用寿命。
解决方法：采用低变形速率、长冷却时间的锻造工艺，或者采用加工硬化、改变版型等方法减少材料变形速率和热应力，以降低产生热裂纹的概率。
2.坯料质量不稳定：高温合金坯料不同批次的化学成分和物理性能存在差异，对后续的加工工艺和工装设计产生影响。
解决方法：采用分析测试技术对坯料进行分析，确保坯料符合工艺和设计要求，以及通过优化工艺参数，降低材料变形强度，改善坯料质量，提高加工效率。
三、高温合金锻造工艺中的工装设计1.工装的选材选材要求：承受高温、高压的能力，在使用过程中保持稳定的力学性能和耐蚀性。
选用材料：钼合金钢、铬钼合金钢等高温合金材料，这些材料的抗高温、良好的耐蚀性和强度高，能满足高温合金锻造工艺的设计和生产。
2.工装的设计设计要求：合理设计工装，使其能够确保高温合金叶片的准确锻造，在工艺流程中及时发现问题，并及时进行调整与修复。
设计要点：基础结构、锤击辊方向、调整突具、填补坯料缺口等细节设计，以确保锻造成功。
高温合金精密铸造技术的应用和发展
高温合金精密铸造技术的应用和发展【摘要】高温合金是以元素周期表中第八族元素为基的基础上，适当添加了一些合金元素。
高温合金能在很高温度下承受较大的力量，另外还具有很强的防腐性。
高温合金精密铸造为社会经济发展以及军事工业提供了很多关键性的材料。
本文首先对高温合金进行了概述，然后详细阐述了高温合金精密铸造技术的应用。
【关键词】高温合金；精密铸造；定向凝固；选晶法；熔模一、高温合金概述高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。
高温合金为单一奥氏体基体组织，且其合金化程度很高,在各种温度下均具有良好的组织稳定性和使用的可靠性。
高温合金主要用于固体火箭发动机及燃气轮机的 4 大热端部件，即导向器、涡轮叶片、涡轮盘和燃烧室。
就目前使用的高温合金来看，镍基高温合金的使用范围远远大于铁基和钴基高温合。
二、高温合金精密铸造技术的应用（一）定向凝固技术的应用定向凝固技术一般包括水冷结晶快速定向凝固技术以及液态金属冷却定向凝固技术。
目前一些技术强国主要还是应用快速定向凝固技术，本法在铸型移出技术的基础上，借助于冷却处理，大大提高了温度梯度。
在性能上，定向凝固技术发展的已经很成熟了。
目前，单晶高温合金难溶元素的大量应用也带来了结晶温度间隔时间很长以及偏析问题更加严重的问题，另外定向凝固技术温度梯度也出现了控制不利的情况。
在此基础之上，发展了LMC方法，此法利用铸模工艺，在合金中添加一些液态金属，这样加工出来的合金具有对流换散热效果显著的优点。
在航空发动机应用方面，LMC 技术解决了定向凝固技术散热效率低以及生产效率不高的难题。
当温度梯度在200℃/ cm时，材料一次枝晶间距可以降低到150μm时，高温合金铸件更加致密，提高了性能以及加工生产效率。
在零部件使用寿命以及抗疲劳强度方面也有很大程度的提升，单晶合金的持久寿命较之前提高了15%，另外一个指标抗疲劳强度也提高了20% 。
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图８ 热处理制度与定向柱晶Ｍ且ｒ－Ｍ２４７合金
７６０℃拉伸强度
Ｆｉｇ．８
Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉ锄ｓ ｏｎ ＤＳ Ｍａｒ－Ｍ２４７ ａｌｌｏｙ ７６０℃ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ
（Ａ）１１８０℃／２ｈ＋１２３０℃／３ｈ，ＡＣ＋１１００℃／４ｈ， ＡＣ＋８７０℃／２０ｈ，ＡＣ。
（Ｂ）１１８５℃ＨＩＰ＋１１８５‘℃／２ｈ，ＡＣ＋８７０℃／２０ｈ， ＡＣ。
（Ｃ）１２３０℃／２ｈ，ＡＣ＋９８０℃／５ｈ＋８７０℃／２０ｈ， ＡＣ。
对比测试Ｍａｒ．Ｍ２４７合金定向柱晶和等轴晶试 样分别经上述三种制度热处理后的力学性能，包括 室温和７６０℃拉伸性能，７６０和９８０℃持久性能，初 步选择出双性能整体叶盘的热处理制度。
综合对比Ｍａｒ—Ｍ２４７和Ｄｚｌ２５两种合金的定向柱 晶性能和等轴晶性能发现，Ｄｚｌ２５合金高温力学性能 不如Ｍａ卜Ｍ２４７合金。考虑到Ｄｚｌ２５合金主要用于铸 造涡轮工作叶片，用于铸造整体叶盘尚未见报道。而 Ｍａ卜Ｍ２４７合金除广泛用于铸造定向凝固涡轮工作叶 片外，在西方国家还广泛用于铸造整体叶盘，并且被美 国ＨＯＷＭＥＴ公司选为最基本的双性能合金材料。此 外，作为双性能叶盘的合金材料，为了提高叶盘的承温 能力，主要追求高温工作性能，因此初步选择Ｍａｒ－Ｍ２４７
Ｆｉｇ．５‘Ｌｏｗ ｃｙｃｌｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｆｉｎｅ ｇｍｉｎ Ｍａｒ－Ｍ２４７ ａｎｄ ＤＺｌ２５ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ
９６
航空材料学报
第２６卷
合金；在低应变量的情况下，细晶铸造Ｍａ卜Ｍ２４７合 金的低周疲劳性能优于细晶铸造Ｄｚｌ２５合金。此 外，从低周疲劳的测试结果发现，两种合金在达到同 样变形量的情况下，Ｍａｒ－Ｍ２４７比Ｄｚｌ２５需要更大 的应力，这也说明Ｍａｒ—Ｍ２４７比Ｄｚｌ２５的强度高，但 塑性不如ＤＺｌ２５。
ｔａｎｇ＠ｂｉａｍ．ａｃ．ｃｎｏ
万方数据
金材料，该合金被美国ＨＯｗＭＥＴ公司选作最基本 的双性能合金材料。除ＩＮ７１３ＬＣ合金外，Ｍａｒ－Ｍ２４７ 合金是铸造整体叶盘使用最广泛的材料。Ｍａｒ－ Ｍ２４７是第一代定向合金材料，最早是为Ｇａｒｒｅｔｔ公 司的ＴＦＥ７３１—３涡轮风扇发动机实心高压涡轮叶片 开发的，采用定向凝固技术铸造，取代采用ＩＮｌ００合 金铸造的空心涡轮叶片，适合于铸造１０９３℃以下工 作的燃气涡轮铸件¨。。后来发现该合金比其他等 轴晶合金具有更高的中温和高温等轴晶性能，尤其 是低周疲劳性能，因此也被广泛用于铸造１０００℃左 右工作的整体叶盘。
Ｄｏｕｂｌｅ—ｐｒｏｐｅｎｉｅｓ ｉｎｔｅｇｒ８ｌ ｔｕｒｂｉｎｅ ｗｈｅｅｌ ｏｆ ｄｉｆｋｒｅｎｔ ｐｏｕｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｃｈｅｍｅ
第３期
高温合金双性能整体叶盘铸造技术
９７
表２双性能整体叶盘浇注试验方案
Ｔａｂｌｅ ２ Ｐｏｕｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ— ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎｔｅｇｍｌ ｔｕｒｂｉｎｅ ｗｈｅｅｌ
（１）尽量保持铸型清洁； （２）浇注后，铸型温度应高于金属熔化温度，把 脱离出来的晶粒熔化掉； （３）严格的单向散热，保持足够的柱状晶凝固 界面的热梯度，把热流控制在一个方向； （４）避免液态金属的对流、搅拌和振动，阻止凝 固界面前方的晶粒游离。 因此在采用常规垂直抽拉法（ＨＲｓ）铸造定向 凝固涡轮叶片时，壳型底部开口，底部直接与水冷结 晶器接触，叶片柱晶在垂直方向顺序生长成为柱状 晶。因此，组合定向叶片模组时，底部采用一个平整 光滑薄蜡板，将叶片和蜡板垂直组合并和浇口杯相 连。在模组涂完最后一层后，将底部的壳型层去掉， ’然后脱蜡焙烧即可得到上下开口的定向凝固壳型。 整体叶盘的结构不同于常规定向凝固涡轮叶 片。整体叶盘的结构复杂，几十个叶片位于轮盘的 四周。为了使轮盘周围的几十个叶片获得径向柱状 晶，叶片必须实施径向方向的定向凝固，使叶片径向 方向获得最大的热梯度，而其他方向的热梯度必须 最小。最理想的是叶片凝固过程中，所有热量从叶
铸型搅动参数分为转数凡和转动时间ｒ。根据 高温合金铸型搅动细晶工艺的研究成果，转数，尼越 高，晶粒细化效果越好。浇注试验时，从最低转数Ｋ 以上，通过从低往高逐步试验的办法来确定。试验 方案如表２所示，浇注的双性能整体叶盘晶粒组织 如图６所示。从图６可以看出：
万方数据
Ｆｉｇ．６
图６不同试验方案铸造的双性能整体叶盘９４ຫໍສະໝຸດ 航空材料学报第２６卷
轴的方向与热流方向一致的晶粒生长更快，所以 ００１方向成为柱状晶的择优取向。由于热梯度随着 柱状晶的生长而减小，降至一定数值以下时，在固相 界面前沿残留的液相中形成新的等轴晶带，所以柱 状晶会停止长大，柱状晶向等轴晶过渡。
由此可知，要满足柱状晶生长的定向凝固条件， 首先，要在开始凝固的部位形成稳定的凝固壳层。 凝固壳层的形成阻止了该部位的型壁晶粒游离并为 柱状晶生长提供基础。该条件可通过各种激冷措施 达到；其次，要确保凝固壳层中的晶粒按既定方向通 过择优生长而发展成平行排列的柱状晶组织。同时 为使柱状晶纵向生长不受限制并且在组织中不夹杂 有异向晶粒，固－液界面前方不应存在生核和晶粒游 离现象，一般采取如下措施：
２吾芒－ｓ∞３．；∞
Ｔｅｍｐｅｒａｍｒｃ，℃，Ｓｔ燃ｓ，ＭＰａ
图４ 细晶铸造Ｍ盯－Ｍ２４７和Ｄｚｌ２５合金中高温持 久寿命
Ｆｉｇ．４
Ｓｔ聆ｓｓ－ｍｐｔｕｒｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｆｉｎｅ ｇｍｉｎ Ｍａｒ．Ｍ２４７ ａｎｄ ＤＺｌ２５ ｓｐｅｃｉｍｅｎ８
万方数据
ＴＯｔａＩ ｓ仃ａｉｎ
图５ 细晶铸造Ｍａ卜Ｍ２４７和ＤＺｌ２５合金低周疲劳 寿命
细晶铸造Ｍａ卜Ｍ２４７和Ｄｚｌ２５合金在不同温度 的拉伸性能如图３。不同温度和应力下的持久寿命 如图４。７００℃低周疲劳性能如图５。
万方数据
第３期
高温合金双性能整体叶盘铸造技术
９５
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１ 研究过程及方法
１．１ 双性能整体叶盘合金材料的选择 定向／细晶双性能铸造新技术不能单靠合金的
发展或单靠工艺的发展，必须将合金和工艺结合起 来考虑，选择同时具备优良定向柱晶和等轴晶性能 的合金。
在美国，从普通铸造整体叶盘、Ｇｘ细晶工艺整 体叶盘到双性能整体叶盘，广泛采用Ｍａｒ—Ｍ２４７合
收稿日期：２００６ｍ１－３０；修订日期：２００６＿０４＿０５ 作者简介：汤鑫（１９６５一）男，高级工程师，（Ｅ．ｍａｉｌ）ｘｉｎ．
片外端流出来——径向热流方式。因此特别设计了 能使叶片凝固过程中获得径向温度梯度的试验装 置。
在叶片定向凝周过程中，采用铸型搅动细晶工 艺技术，对轮盘施加铸型搅动，机械破碎凝固过程中 形成的枝晶使轮盘获得细晶粒。 １．３双性能整体叶盘热处理
根据参考文献［３，５，６，７］的研究成果，本研究 的Ｍａｒ－Ｍ２４７合金双性能整体叶盘热处理选择如下 三种热处理制度：
此外，Ｄｚｌ２５合金是我国目前性能水平最高的 定向凝固镍基高温合金，具有良好的中、高温综合性 能和优异的热疲劳性能。适合于铸造１０００℃以下 工作的燃气涡轮转子叶片和１０５０℃以下工作的导 向叶片以及其他高温零件。由于该合金主要是为定 向凝固涡轮转子叶片和导向叶片开发的，基本没有 合金的等轴晶性能。因此研究过程中，对比研究了 Ｍａｒ＿Ｍ２４７和Ｄｚｌ２５合金定向柱晶和等轴晶的力学 性能，最后选定一种同时具有良好定向柱晶和等轴 晶性能的合金作为双性能合金材料。
两种试验合金的化学成分示于表１。 １．２双性能整体叶盘铸造工艺方法
根据铸件凝固理论Ｈ１，熔融金属浇人陶瓷壳型 中，在铸型壁上因局部过冷而产生固相核心，从而形 成细小等轴晶的激冷区。由于浇注时，熔融金属要 经过充分过热，所以整个铸件激冷区不会扩大，凝固 是在剩余熔融区与激冷区之间的热流动而进行的， 并长成柱状晶。在激冷区的等轴晶当中，一次枝晶
制措施和浇注工艺参数以及热处理制度对双性能整体叶盘力学性能的影响。结果表明，当浇注过热度△ｒ＝１６０—
２９０℃，铸型搅动转数ｎ＝Ｋ＋２７０～Ｋ＋３００（ｒｐｍ）时，整体叶盘叶片为定向柱晶组织、轮盘为等轴晶组织，初步获得
双性能叶盘的热处理制度为１１８０℃／２ｈ＋１２３０℃／３ｈ，ＡＣ＋１１００℃／４ｈ，ＡＣ＋８７０℃／２０ｈ，Ａｃ。
２试验结果与讨论
２．１合金材料的力学性能 ２．１．１ Ｍａｒ－Ｍ２４７和Ｄｚｌ２５两种合金的定向柱晶性 能
Ｍａｒ＿Ｍ２４７和Ｄｚｌ２５两种合金定向柱晶不同温 度的拉伸性能如图１，不同温度和应力下的持久性 能如图２。
从图１和２可以看出，Ｍａｒ—Ｍ２４７合金的定向 柱晶性能优于Ｄｚｌ２５合金。． ２．１．２ Ｍａｒ－Ｍ２４７和Ｄｚｌ２５合金的等轴晶性能
ＤＺｌ２５ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ
由图３看出，除了室温下的抗拉强度以Ｄｚｌ２５ 合金略高以外，细晶铸造Ｍａｒ－Ｍ２４７合金在室温一 ８５０℃温度范围内的屈服强度和抗拉强度明显高于细 晶铸造Ｄｚｌ２５合金。但Ｍａｒ．Ｍ２４７合金的拉伸塑性 则明显不如Ｄｚｌ２５合金。
由图４看出，细晶铸造Ｍａ卜Ｍ２４７合金在７６０℃ 下的持久寿命明显不如细晶铸造Ｄｚｌ２５合金。但 Ｍａ卜Ｍ２４７合金在９８０℃下的持久寿命则明显高于 ＤＺｌ２５合金。
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图ｌ Ｍａｒ－Ｍ２４７和Ｄｚｌ２５合金定向柱晶的拉伸强度
Ｆｉｇ．１ Ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ＤＳ Ｍ８ｒ—Ｍ２４７ ａｎｄ ＤＳ ＤＺｌ２５ ｓｐｅｃｉｍｅｎ８
Ｔｅｍｐｃｒａｔｕｒｃ，℃／Ｓ廿ｅｓｓ，ＭＰａ
图２ Ｍ盯－Ｍ２４７和Ｄｚｌ２５合金定向柱晶持久寿命 Ｆｉｇ．２ Ｓｔｒｅ８ｓ－ｍｐｔｕｒｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ＤＳ Ｍ盯－Ｍ２４７ ａｎｄ ＤＳ
由图５可知，在高应变量的情况下，细晶铸造 Ｄｚｌ２５合金的低周疲劳性能优于细晶铸造Ｍａｒ－Ｍ２４７