【技術實現步驟摘要】
本申請涉及航空難變形金屬高端設備制造，具體涉及一種鈦合金變截面梯度組織雙性能盤輾壓一體成形方法及盤件。
技術介紹
1、隨著航空技術的發展以及航空發動機推重比的增加，壓氣機、渦輪服役環境溫度大幅提升，進而導致發動機熱端部件工作條件越來越苛刻，為滿足渦輪盤在大應力梯度和大溫度梯度服役環境下的工作需要，亟需提升和改變發動機渦輪盤和壓氣機盤等熱端部件的材料或結構。鈦合金具有低密度、高強韌、抗腐蝕性好等優點使其在該領域應用十分廣泛，已較多的應用于航空發動機熱端部件中。國際上具有高推重比的第5代航空發動機使用了雙性能渦輪盤，這種雙性能渦輪盤對于提高飛機的性能至關重要，雙性能渦輪盤是具有盤心細晶組織和盤緣粗晶組織的新一代渦輪盤，盤心工作溫度低、抗扭矩作用大，需要細晶組織以保證足夠的拉伸強度和疲勞抗力，盤緣工作溫度高需要粗晶組織保證足夠的持久、蠕變和抗疲勞裂紋擴展性能。鈦合金屬于難變形金屬材料，成形工藝窗口窄，且鈦合金微觀組織具有等軸、雙態、網籃、魏氏組織等多種形態，因此鈦合金雙性能盤件的雙組織控制是難點所在。
2、對于鈦合金雙性能盤形件來說，目前多數采用整體模鍛+分級多次熱處理的成形工藝和方法，所需成形載荷大、模具要求高、過度組織區間大且組織均勻性不好。例如在公開號為cn101629273a的專利技術創造中提供了盤類鍛件每道次的溫度整體一致，通過控制總變形量來控制組織形態，進而分步鍛造成形雙性能矩形梁的方法，需要多次加熱、多次成形、周期長，難以避免多道次組織遺傳的問題；在公開號為cn109652749a的專利技術創造中需要實現盤坯
3、因此，如何在鈦合金盤類件的一體成形中精確控制雙組織，并且盡可能的降低生產成本和制造周期是當前亟需解決的關鍵所在。
技術實現思路
1、有鑒于此，本申請的主要目的是提供一種鈦合金變截面梯度組織雙性能盤輾壓一體成形方法及盤件，有利于實現以較低的生產成本和制造周期在鈦合金的一體成形中精確控制晶體雙組織結構的目的。
2、第一方面，本申請提供一種鈦合金變截面梯度組織雙性能盤輾壓一體成形方法，其中鈦合金變截面梯度組織雙性能盤兩側具有橫跨盤心至盤緣部分區域的第一環槽、位于第一環槽中間內部的第二環槽以及位于盤緣外側的臺階環結構，成形方法包括：
3、安裝鈦合金盤坯到夾持部的芯軸，通過芯軸使鈦合金盤坯勻速旋轉；
4、加熱鈦合金盤坯，同時冷卻鈦合金盤坯的盤心區，等待鈦合金盤坯從其盤心區至盤緣區的溫度形成并保持鈦合金輾壓成形溫度梯度區間，其中鈦合金輾壓成形溫度梯度區間為850℃±10℃～1000℃±10℃；
5、根據鈦合金盤坯厚度、第一變形比和第二變形比，設置每道次輾壓在盤心區的第一軸向下壓量和盤緣區的第二軸向下壓量，其中第一變形比的取值范圍為13.3％～18.2％，第二變形比的取值范圍為6.7％～10％；
6、根據第一軸向下壓量及其對應設置的第一輾頭轉速和第二輾頭轉速、第二軸向下壓量及其對應設置的第三輾頭轉速，對鈦合金盤坯兩側自盤心區特定位置沿其徑向外移依次進行輾壓，形成第一環槽，其中第一輾頭轉速為5r/min，第二輾頭轉速為4r/min，第三輾頭轉速為3r/min；
7、根據第一軸向下壓量和第二輾頭轉速、第二軸向下壓量及其對應設置的第四輾頭轉速，對鈦合金盤坯兩側自過渡區特定位置沿其徑向外移依次進行輾壓，形成第二環槽，其中第四輾頭轉速為2r/min；
8、根據第二軸向下壓量和第四輾頭轉速，對述鈦合金盤坯的盤緣外側進行輾壓，形成臺階環；
9、根據預設熱處理溫度和保溫時間范圍，對具有第一環槽、第二環槽和臺階環結構的鈦合金變截面梯度組織雙性能盤進行熱處理，并對經過熱處理的鈦合金變截面梯度組織雙性能盤進行水冷處理至室溫，預設熱處理溫度為875℃，保溫時間范圍為1h～1.5h。
10、由上，鈦合金盤坯勻速旋轉可使得鈦合金盤坯加熱均勻，在對鈦合金盤坯加熱的同時強制水冷鈦合金盤坯盤心區，一段時間后獲得鈦合金輾壓成形溫度梯度區間，能夠精確控制鈦合金的微觀結構演變，保持產品性能；在此溫度梯度區間內，針對鈦合金盤坯盤心區至過渡區至盤緣區分別設置對應的軸向下壓量和輾頭轉速，對鈦合金盤坯自盤心區沿其徑向逐步外移，分別對三個區域間的形狀進行輾壓，獲得具有第一環槽、第二環槽和臺階環的鈦合金變截面梯度組織雙性能盤，通過精確的軸向下壓量和輾頭轉速等參數，精確控制鈦合金盤坯的變形過程，優化了其微觀組織和機械性能，提高了成形精度和工藝的可控性及可重復性，有效減少了缺陷和廢品率，特別適用于對材料性能和幾何形狀有嚴格要求的高端制造業；鈦合金變截面梯度組織雙性能盤在875℃下進行熱處理可以促使鈦合金的合金元素均勻分布及消除殘余應力，改善各區域組織結構提升變形組織均質性，進一步提高過渡區組織的穩定性；保溫時間1h～1.5h有助于控制鈦合金盤類件組織均質性的程度，進而影響鈦合金材料的力學性能。
11、可選地，根據第一軸向下壓量及其對應設置的第一輾頭轉速和第二輾頭轉速、第二軸向下壓量及其對應設置的第三輾頭轉速，對鈦合金盤坯兩側自盤心區特定位置沿其徑向外移依次進行輾壓，還包括：
12、根據第一軸向下壓量和第一輾頭轉速，對鈦合金盤坯兩側盤心區進行輾壓；
13、根據第一軸向下壓量和第二輾頭轉速，對鈦合金盤坯兩側過渡區進行輾壓；
14、根據第二軸向下壓量和第三輾頭轉速，對鈦合金盤坯兩側盤緣區進行輾壓。
15、由上，通過在鈦合金盤坯不同區域設置精確的軸向下壓量和輾頭轉速，不僅能夠分區域優化機械性能，還能夠確保鈦合金盤坯自盤心區至盤緣區各部分的塑性變形更加均勻，減少了廢料的產生，降低了制造成本。
16、可選地，根據第一軸向下壓量和第二輾頭轉速、第二軸向下壓量及其對應設置的第四輾頭轉速，對鈦合金盤坯兩側自過渡區特定位置沿其徑向外移依次進行輾壓，還包括：
17、根據第一軸向下壓量和第二輾頭轉速，對第一環槽內部的過渡區部分區域進行輾壓；
18、根據第二軸向下壓量和第四輾頭轉速，對位于第一環槽內部的盤緣區部分區域進行輾壓。
19、由上，通過對第一環槽內部過渡區和盤緣區部分區域進行額外輾壓，可以在更小的尺度上形成梯度組織，還可以提高產品性能。
20、可選地，第一軸向下壓量等于鈦合金盤坯厚度和第一變形比的乘積的一半，其中鈦合金盤坯的厚度越薄，第一變形比的取值越大。
21、由上，根據不同的鈦合金盤坯厚度選擇不同的第一變形比，得到對鈦合金盤坯盤心區設置的第一軸向下壓本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種鈦合金變截面梯度組織雙性能盤輾壓一體成形方法，其特征在于，所述鈦合金變截面梯度組織雙性能盤兩側具有橫跨盤心至盤緣部分區域的第一環槽、位于所述第一環槽中間內部的第二環槽以及位于所述盤緣外側的臺階環結構，所述成形方法包括：
2.根據權利要求1所述的鈦合金變截面梯度組織雙性能盤輾壓一體成形方法，其特征在于，所述根據所述第一軸向下壓量及其對應設置的第一輾頭轉速和第二輾頭轉速、所述第二軸向下壓量及其對應設置的第三輾頭轉速，對所述鈦合金盤坯兩側自盤心區特定位置沿其徑向外移依次進行輾壓，還包括：
3.根據權利要求1所述的鈦合金變截面梯度組織雙性能盤輾壓一體成形方法，其特征在于，所述根據所述第一軸向下壓量和所述第二輾頭轉速、所述第二軸向下壓量及其對應設置的第四輾頭轉速，對所述鈦合金盤坯兩側自過渡區特定位置沿其徑向外移依次進行輾壓，還包括：
4.根據權利要求1所述的鈦合金變截面梯度組織雙性能盤輾壓一體成形方法，其特征在于，所述第一軸向下壓量等于所述鈦合金盤坯厚度和第一變形比的乘積的一半，其中所述鈦合金盤坯的厚度越薄，所述第一變形比的取值越大。
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