具有功能涂層的Ti6Al4V葉盤(pán)熱等靜壓一體化成形工藝研究.pdf

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)用Ti6Al4V葉盤(pán)零件，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能要求高，傳統(tǒng)的加工方法在加工上存在一定的困難。熱等靜壓（Hot Isostatic Pressing，HIP）技術(shù)能利用粉末在高溫高壓下致密化而成形復(fù)雜的高性能整體零件，可以解決整體葉盤(pán)的加工問(wèn)題。然而，葉盤(pán)在制造出來(lái)之后，還需要進(jìn)行表面處理在其表面添加一層功能涂層以增加穩(wěn)定性和使用壽命。葉盤(pán)零件制造和涂層制備這兩種工藝的分開(kāi)，無(wú)疑增加了葉盤(pán)從成形到正式使用之間的周期；涂層技術(shù)的局

2、限性，也約束了航空葉盤(pán)的正常使用。
　　為了縮短葉盤(pán)的制造周期并制備更加牢固的表面涂層，本文提出了具有功能涂層的Ti6Al4V葉盤(pán)熱等靜壓一體化成形工藝。本文以成形具有耐磨涂層的Ti6Al4V葉盤(pán)零件為例，從三個(gè)方面對(duì)該一體化成形工藝進(jìn)行了研究：型芯選材（包括石墨型芯的提出、控形效果的對(duì)比和實(shí)例驗(yàn)證）、模具設(shè)計(jì)（包括選材、結(jié)構(gòu)和工藝）以及最終零件的性能表征（尺寸精度、組織結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能）。針對(duì)上述的三個(gè)方面，本文做出了以下的幾項(xiàng)研

3、究，取得了相應(yīng)的成果：
　?。?）通過(guò)對(duì)石墨型芯與傳統(tǒng)金屬型芯（H13、T8及 Cr12）控形效果的比較，結(jié)合模擬數(shù)據(jù)，揭示了熱等靜壓型芯控形的機(jī)理：型芯高溫屈服強(qiáng)度越高，控形效果越好。為型芯材料的正確選擇以及熱等靜壓零件尺寸精度的提高提供了理論基礎(chǔ)。
　?。?）為了進(jìn)一步探究石墨的控形精度并初步驗(yàn)證一體化成形工藝思想的可行性，設(shè)計(jì)了熱等靜壓模具（采用的石墨型芯已預(yù)鍍功能涂層）來(lái)成形復(fù)雜的螺紋零件。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，螺紋尺寸精確無(wú)缺

4、陷，石墨型芯表面預(yù)鍍的鎳涂層在熱等靜壓后成功地?cái)U(kuò)散到了螺紋零件表面，且分布均勻。為一體化成形工藝提供了實(shí)例基礎(chǔ)。
　?。?）通過(guò)對(duì)葉盤(pán)結(jié)構(gòu)的分析，系統(tǒng)合理地設(shè)計(jì)了葉盤(pán)零件的熱等靜壓模具，確定了合適的熱等靜壓工藝參數(shù)，并采用本文提出的一體化成形工藝進(jìn)行了熱等靜壓實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，葉盤(pán)零件的相對(duì)致密度為99.1％，誤差僅為0.15mm，并從模具材料的選擇、模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及熱等靜壓工藝的選擇三個(gè)方面總結(jié)歸納了模具的設(shè)計(jì)與零件尺寸精度之間

5、的關(guān)系。
　　（4）采用SEM、XRD及EDX等方法對(duì)零件的微觀組織分析。結(jié)果表明，預(yù)先化學(xué)鍍?cè)谑托颈砻娴逆囃繉映晒Φ脑跓岬褥o壓過(guò)程中擴(kuò)散到了Ti6Al4V葉盤(pán)零件的表面，并且形成了厚度為140μm的Ti2Ni/TiNi的耐磨涂層。通過(guò)拉伸試驗(yàn)得到結(jié)論，熱等靜壓得到的零件的屈服強(qiáng)度為930MPa，拉伸強(qiáng)度為1025MPa，拉伸性能超過(guò)了同尺寸的鑄件，達(dá)到了鍛件的水平。具有Ti2Ni/TiNi的耐磨涂層的零件的硬度和磨損量分別為