一种双组织、双性能整体铸造叶盘真空梯度热处理设备和热处理方法

本发明涉及高温合金热处理，具体涉及一种双组织、双性能整体铸造叶盘梯度热处理设备和热处理方法。

背景技术：

1、整体叶盘是将发动机转子叶片和轮盘形成一体，省去了传统连接中的榫头、榫槽及锁紧装置等，减少结构重量及零件数量，避免榫头气流损失，提高气动效率，使发动机结构大为简化，在小型航空发动机领域具有广泛的应用。

2、整体叶盘已经发展到了第三代，由最初的粗晶涡轮盘发展到了细晶涡轮盘，以及目前最先进的双组织、双性能涡轮盘。与前两代涡轮盘相比，双组织整体叶盘的盘体为细等轴晶组织，晶粒尺寸200μm左右，盘体的强度和疲劳寿命大幅提高；叶片为定向柱晶组织，具备优异的高温蠕变性能，大幅提高整体叶盘的工作温度。为了提高整体叶盘的力学性能，需要进行热处理。定向柱晶组织需要进行高温固溶热处理，完全消除枝晶间的共晶相，并在后续的空冷过程中析出细小均匀的γ’沉淀强化相。然而，高温热处理会弱化晶界，使晶界变宽，不利于细晶组织的持久性能。因此，细晶组织只能进行低温时效热处理。鉴于细晶和柱晶组织对热处理温度需求的不同，需要研制梯度热处理设备。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种双组织、双性能整体铸造叶盘梯度热处理设备和热处理方法，以解决双组织材料对热处理温度需求不同的问题。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种双组织、双性能整体铸造叶盘真空梯度热处理设备，包括炉体、炉盖和循环水系统，其中：所述炉体的顶部设置炉盖；炉体内放置叶盘进行热处理；所述叶盘放置于水冷铜盘上面；

4、所述叶盘包括盘体与叶片，在炉盖与炉体内分别设置上隔热屏和下隔热屏，闭合炉盖后上隔热屏和下隔热屏将叶片与盘体隔离，盘体部位采用水冷铜盘进行冷却，从而在盘体部位形成盘体低温腔室，以阻止加热系统辐射热加热盘体；

5、所述加热系统包括上加热体和下加热体，上加热体固定在上隔热屏的底面上，下加热体设置于下隔热屏的上底面和内侧面上；闭合炉盖后上加热体和下加热体之间形成叶片高温腔室，用于对叶片进行辐射加热。

6、该设备还包括真空系统，用于对炉体内进行抽真空。

7、所述炉体和炉盖均为双层不锈钢水冷结构，炉体内尺寸为φ500×600mm。

8、所述加热系统的两组加热器独立加热、独立控温；加热器和导电杆材质均为高温钼，加热温度≥1250℃，控温精度±5℃；采用温控系统进行加热温度控制，温控系统包括六套钨铼热电偶，其中上加热体上设置两个测温点，一个为控温热电偶，一个为测温热电偶；下加热体上均匀分布三个测温点，其中一个控温热电偶，两个测温热电偶；盘体中心设置一个测温点，为测温热电偶。

9、所述循环水系统用于水冷铜盘的冷却；所述水铜盘采用紫铜整体加工而成，通过调节冷却水进水压力调节铜盘冷却能力。

10、所述上隔热屏和下隔热屏均由氧化铝毡包裹氧化铝空心球形成，氧化铝毡外侧采用304不锈钢框架固定。

11、利用所述设备进行双组织、双性能整体铸造叶盘真空梯度热处理，是采用水冷铜盘冷却盘体和加热体辐射加热叶片的方式，实现双组织、双性能整体铸造叶盘的梯度热处理工艺。该方法包括如下步骤：

12、(1)打开循环水阀门，调节进水压力至0.1mpa；

13、(2)打开炉盖，把具有双组织结构的叶盘铸件放置在水冷铜盘上面，闭合炉盖，炉盖与炉体采用氟橡胶密封；

14、(3)对设备内腔进行抽真空处理，至内部压力降至0.1pa以后，设置升温程序，开启加热电源，开始对叶片进行加热；

15、(4)叶片完成固溶热处理后，关闭加热电源，盘体通过水冷铜盘进行冷却；

16、(5)温度降到室温以后，打开放气阀，设备内腔压力达到常压后，开启炉盖，取出叶盘。

17、本发明的优点及有益效果如下：

18、1、本发明提供了一种双组织、双性能整体铸造涡轮盘梯度热处理的方法，解决双组织整体铸造叶盘定向柱晶组织和细晶组织对热处理温度需求不同的问题。

19、2、本发明的关键技术在于细晶组织部分的降温和隔热。首先，水冷却铜盘可以把细晶组织部分热传导的热量带走，有效降低细晶组织部分温度。其次，隔热屏可以屏蔽加热体对细晶组织部分的热辐射加热，降低细晶组织温度。

20、3、本发明适用于盘形件的梯度热处理。

技术特征：

1.一种双组织、双性能整体铸造叶盘真空梯度热处理设备，其特征在于：该设备包括炉体(1)、炉盖(8)和循环水系统(9)，其中：所述炉体顶部设置炉盖(8)；炉体内放置叶盘(5)进行热处理；所述叶盘(5)放置于水冷铜盘(4)上面；

2.根据权利要求1所述的双组织、双性能整体铸造叶盘真空梯度热处理设备，其特征在于：该设备还包括真空系统，用于对炉体内进行抽真空。

3.根据权利要求1所述的双组织、双性能整体铸造叶盘真空梯度热处理设备，其特征在于：所述炉体(1)和炉盖(8)均为双层不锈钢水冷结构，炉体内尺寸为φ500×600mm。

4.根据权利要求1所述的双组织、双性能整体铸造叶盘真空梯度热处理设备，其特征在于：该设备还包括加热系统，所述加热系统中的两组加热器均独立加热、独立控温；加热器材质为高温钼，加热温度≥1250℃，控温精度±5℃；采用温控系统进行加热温度控制，温控系统包括六套热电偶，其中上加热体上设置两个测温点，一个为控温热电偶，一个为测温热电偶；下加热体上均匀分布三个测温点，其中一个控温热电偶，两个测温热电偶；盘体中心设置一个测温点，为测温热电偶。

5.根据权利要求1所述的双组织、双性能整体铸造叶盘真空梯度热处理设备，其特征在于：所述循环水系统(9)用于水冷铜盘的冷却；所述水铜盘采用紫铜整体加工而成，通过调节冷却水进水压力调节铜盘冷却能力。

6.根据权利要求1所述的双组织、双性能整体铸造叶盘真空梯度热处理设备，其特征在于：所述上隔热屏(2)和下隔热屏(6)均由氧化铝毡包裹氧化铝空心球形成，氧化铝毡外侧采用304不锈钢框架固定。

7.一种利用权利要求1-6任一所述设备进行的双组织、双性能整体铸造叶盘真空梯度热处理方法，其特征在于：该方法是采用水冷铜盘冷却盘体和加热体辐射加热叶片的方式，实现双组织、双性能整体铸造叶盘的梯度热处理工艺。

8.根据权利要求7所述行的双组织、双性能整体铸造叶盘真空梯度热处理方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种双组织、双性能整体叶盘真空梯度热处理设备和热处理方法，属于高温合金热处理技术领域。该设备采用立式上开盖形式，包括炉体和炉盖，炉体内放置叶盘进行热处理。叶盘放置于水冷铜盘上面；在炉盖与炉体内分别设置上隔热屏和下隔热屏，闭合炉盖后上、下隔热屏将叶片与盘体隔离，阻止加热体辐射热加热盘体。盘体部位采用水冷铜盘进行冷却，冷却能力通过调节进水压力控制，形成盘体低温腔室；叶片部位采用加热体进行辐射加热，形成叶片高温腔室，最终实现整体叶盘的梯度热处理。本发明适用于盘形件的梯度热处理。

技术研发人员：张少华,董加胜,张健,楼琅洪
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15