航空叶轮的真空热处理

在航空工业中,需要用到大量高强度,高精度的金属零件。这些金属零件的加工离不开热处理工艺。而在所有热处理工艺中,真空热处理因为其优异的性能而被大规模运用。

定向凝固高温合金是为适应高推重比航空发动机的需要而研制的一类力学性能好、合金密度较低的新材料。为改善合金的组织和性能,定向凝固高温合金几乎均要进行热处理。使用定向凝固技术生产的航空发动机热端部件,譬如涡轮转子或静子叶片又多采用精密铸造成型,得到的是无余量或小余量精铸件。为了使热处理零件无氧化、无合金元素贫化,最好的选择是在真空条件下进行热处理。

工艺实例

航空发动机一级涡轮转子叶片为空心结构,用DZ4 定向凝固高温合金制造,叶片叶冠端面上的孔要加一个特制盖板(材料GH3030),技术要求用真空钎焊进行连接。采用真空钎焊炉进行叶片高温真空钎焊是现有条件下的最佳工艺。

真空钎焊选用171钎料钎焊温度1150~1200℃保温时间60~70min冷却方式为炉冷。钎焊后叶片表面光亮,钎缝圆根良好、光滑并已钎透,未发现有钎焊裂纹等缺陷。

涡轮转子叶片的固溶处理,原只在普通空气电炉中进行,存在严重氧化和表面合金元素因烧损而贫化的现象,贫化层深度有的高达0.12mm。而对叶片来说,位于叶身和榫头之间延伸段是不加工的,也无加工余量,也就是说,出现上述现象,叶片的表面质量便不合格。其次用空气电炉处理叶片,其热处理变形较大,叶片型面透光度超差的占10%。

为了提高叶片的热处理质量,使用SIMUWU生产的RVGQ真空气淬炉进行固溶处理,SIMUWU生产的气淬炉具有以下特点:

(1)炉门炉底均设置加热元件,圆筒形加热室内均匀分布有高流率气体喷嘴,避免了加热和冷却不均。

(2)控制系统采用西门子PLC,炉子所有动作均可实现自动与手动相互切换,并有联锁保护装置。采用PLC控温系统具有良好的控制精度和可重复性,并能自动显示、记录和打印控制过程与结果。

(3)该设备可进行气体分压控制,通过回填氩气得到较高的真空充气压强。真空热处理的真空工作压强,根据需要可在一定范围内进行调节。

该设备气淬冷却速度的调节范围广,在炉内可进行相当于常规炉冷、空冷和油冷等工序操作,满足航空零件真空气淬的大部分要求。

工艺流程:

真空固溶处理的加热温度为1220℃。为了减小热应力,工件的升温过程采用阶梯式加热,阶段升温速度选择缓慢加热,保温时间2h。真空度选择:在分压温度前采用6.67×101Pa。900~1000℃时进行分压,向真空加热室内回充高纯氩气,获得较高的真空充气压强,避免高温合金在真空高温条件下发生蒸发,获得光亮的表面。一般为3~14Pa。气淬压力3bar。

涡轮转子叶片经真空热处理后零件光亮呈银白色,无金属元素贫化层,无超差变形。力学性能优良。

设备选择:SIMUWU公司生产的RVGQ系列真空热处理炉是进行真空热处理工艺的优质产品,良好的温控精度和温控均匀性确保了真空热处理过程的有效进行。SIMUWU公司专注于真空炉的制造,拥有十多年的相关经验,在真空炉制造领域具有良好的口碑。产品线包括真空气淬炉,真空油淬炉,真空钎焊炉等,广销各发达国家与发展中国家。