一种双合金涡轮盘激光增材制造方法以及导热装置与流程

本发明属于涡轮盘加工，具体涉及一种双合金涡轮盘激光增材制造方法以及导热装置。

背景技术：

1、涡轮盘是飞机发动机主要零件之一，作为航空发动机关键件，承受着高温、高应力的叠加作用，工作条件极为苛刻，制备工艺复杂，技术难度大，长期以来都是我国发动机发展的难点之一。随着对航空发动机要求的不断提高，采用单一合金制备的航空发动机核心部件已难以满足性能需求，采用能同时满足不同力学性能要求的双合金涡轮盘已成为必然趋势。

2、传统双合金涡轮盘采用盘体和叶片环扩散焊焊接而成，由于该类盘件为高速旋转件，长期工作于高负荷、高温、高压等极端条件，若焊接区存在缺陷将直接影响发动机稳定性和安全性。为更好的制造出性能优异的双合金涡轮盘，本发明提出了一种激光增材制造双合金涡轮盘的方法，该方法生产周期短，可实施性高，制造难度更小；从接头性能上该方法优于扩散焊且不易产生焊接缺陷，能更好的适用于涡轮盘极端工作条件。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种双合金涡轮盘激光增材制造方法以及导热装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种双合金涡轮盘激光增材制造用导热装置，包括一对可随着涡轮盘盘体同步转动的转动主体，一对所述转动主体一端边缘均设置有冷却气流通道，所述冷却气流通道上设置有相对于转动主体静止的静止主体，所述静止主体由两个半圆环组成闭合的圆环结构，且两个半圆环的拼接处通过固定件固定连接，所述静止主体内侧与冷却气流通道对应处设置有用于限位的定位凸起，每个所述静止主体均设置有一对连通口，且连通口与对应的冷却气流通道相互连通，所述转动主体上设置有用于能让转动主体与涡轮盘盘体固定连接的多个紧固螺母a。

3、优选的，所述固定件包括位于两个半圆环拼接处的垫片，所述垫片的两端分别通过紧固螺母b与两个半圆环固定连接。

4、优选的，所述转动主体采用紫铜材质制作而成，且转动主体为贯穿式结构。

5、优选的，所述定位凸起仅延伸至冷却气流通道内三分之一的深度位置。

6、一种双合金涡轮盘激光增材制造方法，采用所述的导热装置，具体步骤包括：步骤一：将激光选区熔化成形的涡轮盘体待增材制造叶片区进行初抛；利用机械加工方式去除表面氧化膜并保证待加工面与夹持端同心度不大于0.1mm；

7、步骤二：对待加工区域进行荧光检测，加工区域无荧光显示；利用超声清洗机将零件清洗干净并烘干，标记待加工面厚度方向中线；

8、步骤三：利用三维建模软件处理叶片模型，并导入3damppplanner软件生成打印轨迹逐层输出打印轨迹文件；

9、步骤四：安装盘体导热装置，先一对转动主体套装入盘体相应部位，并用紧固螺母a进行固定，确保与盘体配合紧密，防止盘体转动时发生滑移；后将组成静止主体的两个半圆环装配到对应的转动主体上，再用紧固螺母b和垫片进行拼接；最后将位于同一个静止主体上的一对连通口分别安装进气管和出气管；冷却工装安装完毕后，将零件加持固定于加工台上，调整零件加工面同轴度小于0.2mm；

10、步骤五：取适量k477粉末，粒径15～53μm，利用烘箱烘干粉末后倒入送粉装置；

11、步骤六：利用全封闭惰性气体保护激光直接沉积成形设备进行叶片打印；叶片每层打印结束后待基体冷却至50℃以下方可进行下一层打印；

12、步骤七：将打印结束后的涡轮盘进行热等静压+固溶双时效处理；

13、步骤八：对双合金涡轮盘毛坯按图纸加工成所需尺寸。

14、优选的，所述步骤五中，k477粉末粒径为15～53μm，烘箱烘粉温度100℃，烘粉时间1h。

15、优选的，所述步骤六的工艺参数如下：激光功率400～600w，送粉量2.5～3g/min，搭接率50％，填充扫描速度650～750mm/min，轮廓扫描速度400～500mm/min，送粉气流量为8～10l/min，保护气流量为20～25l/min，高压涡轮盘扫描轨迹与x轴正方向夹角为+20°～+30°，低压涡轮盘扫描轨迹与x轴正方向夹角为-60～-70°，偏置轮廓数为1～3，扫描轨迹为平行线+轮廓偏置，逐层交换起点。

16、优选的，所述步骤七中，热等静压制度为：温度1150～1180℃，压力140～180mpa，保温时间2～5h；固溶双时效制度：固溶980℃，保温1h后氩气快冷至室温，双时效720℃，保温8h，以50℃/h冷却至620℃，保温8h后氩气快冷至200℃以下出炉。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用送粉激光增材制造方法成功实现了双合金涡轮盘制造，零件经荧光、x射线检测合格，且制造的零件具有很好的使用性能。本发明针对k477的成形工艺和裂纹控制方法不仅适用于本双合金涡轮盘的激光增材制造，也能推广于相似易开裂、难成形的高温合金材料和结构，为解决航空航天高温合金材料激光增材制造困难提供了一种良好的解决思路。

1.一种双合金涡轮盘激光增材制造用导热装置，其特征在于：包括一对可随着涡轮盘盘体同步转动的转动主体(1)，一对所述转动主体(1)一端边缘均设置有冷却气流通道(7)，所述冷却气流通道(7)上设置有相对于转动主体(1)静止的静止主体(2)，所述静止主体(2)由两个半圆环组成闭合的圆环结构，且两个半圆环的拼接处通过固定件固定连接，所述静止主体(2)内侧与冷却气流通道(7)对应处设置有用于限位的定位凸起(8)，每个所述静止主体(2)均设置有一对连通口(4)，且连通口(4)与对应的冷却气流通道(7)相互连通，所述转动主体(1)上设置有用于能让转动主体(1)与涡轮盘盘体固定连接的多个紧固螺母a(3)。

2.根据权利要求1所述的一种双合金涡轮盘激光增材制造用导热装置，其特征在于：所述固定件包括位于两个半圆环拼接处的垫片(5)，所述垫片(5)的两端分别通过紧固螺母b(6)与两个半圆环固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种双合金涡轮盘激光增材制造用导热装置，其特征在于：所述转动主体(1)采用紫铜材质制作而成，且转动主体(1)为贯穿式结构。

4.根据权利要求1所述的一种双合金涡轮盘激光增材制造用导热装置，其特征在于：所述定位凸起(8)仅延伸至冷却气流通道(7)内三分之一的深度位置。

5.一种双合金涡轮盘激光增材制造方法，其特征在于：采用权利要求1-4任意一项所述的导热装置，具体步骤包括：步骤一：将激光选区熔化成形的涡轮盘体待增材制造叶片区进行初抛；利用机械加工方式去除表面氧化膜并保证待加工面与夹持端同心度不大于0.1mm；

6.根据权利要求5所述的一种双合金涡轮盘激光增材制造方法，其特征在于：所述步骤五中，k477粉末粒径为15～53μm，烘箱烘粉温度100℃，烘粉时间1h。

7.根据权利要求5所述的一种双合金涡轮盘激光增材制造方法，其特征在于：所述步骤六的工艺参数如下：激光功率400～600w，送粉量2.5～3g/min，搭接率50％，填充扫描速度650～750mm/min，轮廓扫描速度400～500mm/min，送粉气流量为8～10l/min，保护气流量为20～25l/min，高压涡轮盘扫描轨迹与x轴正方向夹角为+20°～+30°，低压涡轮盘扫描轨迹与x轴正方向夹角为-60～-70°，偏置轮廓数为1～3，扫描轨迹为平行线+轮廓偏置，逐层交换起点。

8.根据权利要求5所述的一种双合金涡轮盘激光增材制造方法，其特征在于：所述步骤七中，热等静压制度为：温度1150～1180℃，压力140～180mpa，保温时间2～5h；固溶双时效制度：固溶980℃，保温1h后氩气快冷至室温，双时效720℃，保温8h，以50℃/h冷却至620℃，保温8h后氩气快冷至200℃以下出炉。