一種精密鑄造的葉片及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種精密鑄造的葉片，所述葉片為高塑性TiAl基合金，以重量百分含量表示，該高塑性TiAl基合金的組成為：Al：38～42%，Cr：4.8～7.8%，V：7.2～8.5%，Ta：0.02～0.10%，Mg：0.62～0.85%，稀土：0.02～0.10%，Nb：0.02～0.08%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)；在高塑性TiAl基合金葉片的表面以下2～3mm的橫截面處，偏聚于晶界和相界上的Mg的體積濃度為18～28%；所述高塑性TiAl基合金葉片的抗拉強度為520～580MPa，屈服強度為680～720Mpa。
【專利說明】一種精密鑄造的葉片及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密鑄造領(lǐng)域，具體涉及葉片及其精密鑄造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦鋁合金由于該一系列優(yōu)異的特性，被廣泛地應用于航空航天工業(yè)、能源工業(yè)、海上運輸工業(yè)等方面。歐洲航天局也曾啟動了航空研究計劃，就是旨在掌握鈦鋁基合金航空發(fā)動機葉片和燃氣輪機葉片。飛機發(fā)動機推重比是評價現(xiàn)代飛機發(fā)動機的主要指標之一，它對飛機性能有著決定性的作用。當前應用于發(fā)動機葉片的時候，較為常見的成型方法為精密鑄造方法。采用熔模精密鑄造工藝制備TiAl基合金構(gòu)件，特別是形狀復雜的構(gòu)件，可得到無余量或近無余量的精密復雜構(gòu)件，大幅度減少金屬損耗，提高材料的利用率，減少大量機加工工時，大幅度降低生產(chǎn)成本。
[0003]目前使用較多的鈦合金精密鑄造用型殼，大致可分為:石墨型殼、鎢面層陶瓷型殼、氧化物陶瓷型殼等。但是由于模具形成方式的不足以及鑄造過程的參數(shù)設(shè)計不合理，導致成型后的零件表面和內(nèi)部缺陷均比較多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一在于提出一種精密鑄造的葉片；
[0005]本發(fā)明的目的之二在于提出一種葉片精密鑄造的方法；
[0006]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明所述的一種精密鑄造的葉片，所述葉片為高塑性TiAl基合金，以重量百分含量表示，該高塑性TiAl基合金的組成為:A1:38~42%，Cr:4.8~7.8%，V:7.2~8.5%，Ta:0.02 ~0.10%,Mg:0.62 ~0.85%，稀土:0.02 ~0.10%, Nb:0.02 ~0.08%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)；
[0008]在高塑性TiAl基合金葉片的表面以下2~3mm的橫截面處，偏聚于晶界和相界上的Mg的體積濃度為18~28% ；
[0009]所述高塑性TiAl基合金葉片的抗拉強度為520~580MPa，屈服強度為680~720Mpa。
[0010]作為優(yōu)選，所述稀土為混合稀土，其重量百分比組成為:La:25~32%，Pr:22~28%, Sm:22 ~29%, Tb: 18 ~21%，余量為 Ce。
[0011]本發(fā)明所述的一種精密鑄造的葉片的制造方法，包括以下步驟:
[0012]I)精密鑄造，按照高塑性TiAl基合金的化學組成配制鐵基高溫合金材料，采用水溶性型芯，采用現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)計得 到模型，采用快速成型機，采用現(xiàn)有激光燒結(jié)結(jié)束逐層燒結(jié)聚苯乙烯粉，再浸蠟后制得熔模，然后對熔模進行表面與內(nèi)部的清洗；將熔模浸入到面層涂料中沾漿后取出，然后進行面層的撒砂、干燥，得到模殼，將模殼放入加熱爐中，在溫度為1000~1100°C，保溫2.5~3h，然后隨爐冷卻到室溫，得到模具；將配制的鐵基高溫合金材料熔煉成液態(tài)后倒入模型型殼內(nèi)進行澆注，澆注溫度為1050~1150°C，澆注后將精密鑄造成的葉片自然冷卻至室溫，然后去除澆注系統(tǒng)，得到葉片；
[0013]2)對得到的葉片進行熱等靜壓，溫度為為920~980°C，壓力為160~200MPa，保壓時間為3~6小時。
[0014]3)退火:將熱等靜壓后得到的葉片加熱至665~685°C保溫2~4h，然后將溫度降至400~480°C保溫I~1.8h，再降至380~395°C出爐，出爐后自然冷卻至室溫；
[0015]4)精加工:將經(jīng)退火處理后的葉片用硬質(zhì)合金刀具精加工成成品葉片。
[0016]其中，在退火之后和精加工之前還進行淬火和回火熱處理，所述淬火為:將葉片加熱至960~1020°C保溫I~2h，然后出爐以油淬；所述回火為:將淬火后的葉片加熱至180~220°C保溫2~3h，然后出爐空冷至室溫。
[0017]作為優(yōu)選，所述面層涂料為氧化鋯、二醋酸鋯、脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇按照重量份比例為3.8~4.2:1:0.0004~0.001:0.0006~0.0012的配比通過攪拌、靜置而得到的。
[0018]作為優(yōu)選， 所述退火的加熱步驟先加熱到280~320°C，保溫0.8~1.5h，然后再加熱至960~1020 0C ο
[0019]本發(fā)明的效果在于:通過特定的合金配比以及稀土元素的選取，將Mg改善TiAl合金鑄態(tài)片狀微觀結(jié)構(gòu)的塑性性能得到進一步強化，通過精密鑄造以及熱處理方式和溫度的選取，可以使得Mg偏聚于晶界和相界的體積濃度達到合適的范圍，從而使得葉片強度和耐用性得到了大幅度的提升。
【具體實施方式】
[0020]實施例1
[0021]一種精密鑄造的葉片，所述葉片為高塑性TiAl基合金，以重量百分含量表示，該高塑性 TiAl 基合金的組成為:A1:40%, Cr:5.8%，V:7.8%，Ta:0.07%, Mg:0.78%，稀土:
0.07%，Nb:0.06%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)；
[0022]在高塑性TiAl基合金葉片的表面以下2.5mm的橫截面處，偏聚于晶界和相界上的Mg的體積濃度為21% ；
[0023]所述高塑性TiAl基合金葉片的抗拉強度為560MPa，屈服強度為692Mpa。
[0024]實施例2:
[0025]精密鑄造的葉片的制造方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0026]I)精密鑄造，按照高塑性TiAl基合金的化學組成配制鐵基高溫合金材料，采用水溶性型芯，采用現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)計得到模型，采用快速成型機，采用現(xiàn)有激光燒結(jié)結(jié)束逐層燒結(jié)聚苯乙烯粉，再浸蠟后制得熔模，然后對熔模進行表面與內(nèi)部的清洗；將熔模浸入到面層涂料中沾漿后取出；所述面層涂料為氧化鋯、二醋酸鋯、脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇按照重量份比例為3.9:1:0.0004:0.0007的配比通過攪拌、靜置而得到的。然后進行面層的撒砂、干燥，得到模殼，將模殼放入加熱爐中，在溫度為1050°C，保溫2.8h，然后隨爐冷卻到室溫，得到模具；將配制的鐵基高溫合金材料熔煉成液態(tài)后倒入模型型殼內(nèi)進行澆注，澆注溫度為1080°C，澆注后將精密鑄造成的葉片自然冷卻至室溫，然后去除澆注系統(tǒng)，得到葉片；
[0027]2)對得到的葉片進行熱等靜壓，溫度為為925°C，壓力為170MPa，保壓時間為3.9小時。[0028]3)退火:將熱等靜壓后得到的葉片先加熱到295°C，保溫1.2h，然后再加熱至678°C保溫2.8h，然后將溫度降至460°C保溫1.7h，再降至385°C出爐，出爐后自然冷卻至室溫；[0029]3.1)淬火和回火，所述淬火為:將退火后的葉片加熱至970°C保溫1.8h，然后出爐以油淬；所述回火為:將淬火后的葉片加熱至190°C保溫2.9h，然后出爐空冷至室溫；
[0030]4)精加工:將經(jīng)退火處理后的葉片用硬質(zhì)合金刀具精加工成成品葉片。
【權(quán)利要求】
1.一種精密鑄造的葉片，其特征在于，所述葉片為高塑性TiAl基合金，以重量百分含量表示，該高塑性TiAl基合金的組成為:A1:38~42%，Cr:4.8~7.8%, V:7.2~8.5%, Ta:0.02 ~0.10%, Mg:0.62 ~0.85%，稀土:0.02 ~0.10%, Nb:0.02 ~0.08%，余量為 Ti 和不可避免的雜質(zhì)； 在高塑性TiAl基合金葉片的表面以下2~3mm的橫截面處，偏聚于晶界和相界上的Mg的體積濃度為18~28% ； 所述高塑性TiAl基合金葉片的抗拉強度為520~580MPa，屈服強度為680~720Mpa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密鑄造的葉片，其特征在于，所述稀土為混合稀土，其重量百分比組成為:La:25 ~32%，Pr:22 ~28%，Sm:22 ~29%，Tb:18 ~21%，余量為 Ce。
3.—種權(quán)利要求1所述精密鑄造的葉片的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)精密鑄造，按照權(quán)利要求1所述的高塑性TiAl基合金的化學組成配制鐵基高溫合金材料，采用水溶性型芯，采用現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)計得到模型，采用快速成型機，采用現(xiàn)有激光燒結(jié)結(jié)束逐層燒結(jié)聚苯乙烯粉，再浸蠟后制得熔模，然后對熔模進行表面與內(nèi)部的清洗；將熔模浸入到面層涂料中沾漿后取出，然后進行面層的撒砂、干燥，得到模殼，將模殼放入加熱爐中，在溫度為1000~1100°C，保溫2.5~3h，然后隨爐冷卻到室溫，得到模具；將配制的鐵基高溫合金材料熔煉成液態(tài)后倒入模型型殼內(nèi)進行澆注，澆注溫度為1050~1150°C，澆注后將精密鑄造成的葉片自然冷卻至室溫，然后去除澆注系統(tǒng)，得到葉片； 2)對得到的葉片進行熱等靜壓，溫度為為920~980°C，壓力為160~200MPa，保壓時間為3~6小時。 3)退火:將熱等靜壓后得到的葉片加熱至665~685°C保溫2~4h，然后將溫度降至400~480°C保溫I~1.8h，再降至380~395°C出爐，出爐后自然冷卻至室溫；` 4)精加工:將經(jīng)退火處理后的葉片用硬質(zhì)合金刀具精加工成成品葉片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，在退火之后和精加工之前還進行淬火和回火熱處理，所述淬火為:將葉片加熱至960~1020°C保溫I~2h，然后出爐以油淬；所述回火為:將淬火后的葉片加熱至180~220°C保溫2~3h，然后出爐空冷至室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述面層涂料為氧化鋯、二醋酸鋯、脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇按照重量份比例為3.8~4.2:1:0.0004~0.001:0.0006~0.0012的配比通過攪拌、靜置而得到的。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述退火的加熱步驟先加熱到280~3200C，保溫0.8~1.5h，然后再加熱至960~1020°C。
【文檔編號】C22C14/00GK103509973SQ201310433613
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】王強 申請人:蘇州華宇精密鑄造有限公司