具有功能涂層的Ti6Al4V葉盤熱等靜壓一體化成形工藝研究.pdf

1、航空發(fā)動機用Ti6Al4V葉盤零件，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，可以解決整體葉盤的加工問題。然而，葉盤在制造出來之后，還需要進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。葉盤零件制造和涂層制備這兩種工藝的分開，無疑增加了葉盤從成形到正式使用之間的周期；涂層技術(shù)的局

2、限性，也約束了航空葉盤的正常使用。
　　為了縮短葉盤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葉盤零件為例，從三個方面對該一體化成形工藝進行了研究：型芯選材（包括石墨型芯的提出、控形效果的對比和實例驗證）、模具設(shè)計（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)和機械性能）。針對上述的三個方面，本文做出了以下的幾項研

3、究，取得了相應(yīng)的成果：
　?。?）通過對石墨型芯與傳統(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理：型芯高溫屈服強度越高，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)。
　?。?）為了進一步探究石墨的控形精度并初步驗證一體化成形工藝思想的可行性，設(shè)計了熱等靜壓模具（采用的石墨型芯已預(yù)鍍功能涂層）來成形復(fù)雜的螺紋零件。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，螺紋尺寸精確無缺

4、陷，石墨型芯表面預(yù)鍍的鎳涂層在熱等靜壓后成功地擴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例基礎(chǔ)。
　?。?）通過對葉盤結(jié)構(gòu)的分析，系統(tǒng)合理地設(shè)計了葉盤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行了熱等靜壓實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，葉盤零件的相對致密度為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)計以及熱等靜壓工藝的選擇三個方面總結(jié)歸納了模具的設(shè)計與零件尺寸精度之間

5、的關(guān)系。
　　（4）采用SEM、XRD及EDX等方法對零件的微觀組織分析。結(jié)果表明，預(yù)先化學(xué)鍍在石墨型芯表面的鎳涂層成功的在熱等靜壓過程中擴散到了Ti6Al4V葉盤零件的表面，并且形成了厚度為140μm的Ti2Ni/TiNi的耐磨涂層。通過拉伸試驗得到結(jié)論，熱等靜壓得到的零件的屈服強度為930MPa，拉伸強度為1025MPa，拉伸性能超過了同尺寸的鑄件，達到了鍛件的水平。具有Ti2Ni/TiNi的耐磨涂層的零件的硬度和磨損量分別為