CN101786223B - 一种钛合金空心构件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钛合金薄壁带筋空心零件的制造方法。本发明的方法是，(一)按照空心构件的结构特征分解为蒙皮和筋条或蒙皮带筋条的结构形式，根据空心构件的空心部分确定内、外包套结构形式；(二)按照分解的结构形式加工或成形出蒙皮和筋条或蒙皮带筋条的结构部件；(三)加工或成形出内、外包套；(四)按照构件结构形式，将加工好的蒙皮和筋条或蒙皮带筋条的结构部件与内外包套组合并对内、外包套进行封焊和真空封装，真空度1.0×10-3Pa；(五)通过热等静压的方法，实现各结构部件之间的扩散连接；(六)对预制结构件进行表面处理，制备出空心结构件。本发明生产效率高，一个工艺循环可以制备多个构件，焊合率＞95％以上。

Description

一种钛合金空心构件的制造方法
技术领域
本发明属于钛合成型技术，涉及一种钛合金薄壁带筋空心零件的制造方法。
背景技术
超塑成形/扩散连接(SPF/DB)技术在航空航天领域需求的推动下，获得了很大发展，已经发展成为一种制造飞机及其发动机钛合金结构的成熟技术。目前采用SPF/DB技术制造钛合金空心构件，根据板材层数的不同，分为两层、三层、四层空心构件等。SPF/DB工艺主要包括：材料准备、止焊剂涂覆、口袋封焊、扩散连接及超塑成形、成形后零件毛坯机械加工、表面处理。
但是，随着SPF/DB技术大批量生产钛合金构件，这种技术本身存在的一些问题逐渐显现出来，主要存在成形效率低、材料利用率低、变形后壁厚分布不均匀、成形后力学性能有所下降、大面积扩散连接时容易产生缺陷、难于成形难扩散连接材料的空心结构等不足。以制造发动机整流叶片为例，该结构是典型的四层板结构，采用SPF/DB工艺制造。整流叶片的边条和内、外层板之间通过扩散的方法连接在一起，采用机械加压进行扩散，由于载荷不均匀，很容易导致整流叶片扩散连接的前缘产生缺陷，导致产生废品。在成形内层时，由于板材的变形量较大，在进气过程中，如果进气速度过快，容易导致内层板被吹破，如果进气速度较慢，则成形时间较长，钛合金组织会发生变化，导致性能下降，同时采用低的成形速率，生产效率也较低。采用SPF/DB工艺制造整流叶片，每一个工艺循环只能制造2片，连续生产，每天可以生产4片，生产效率较低。
发明内容
本发明的目的是提出一种成形效率高、变形后壁厚分布均匀、成形后力学性能高、扩散连接质量高的一种钛合金空心构件的制造方法。本发明的技术解决方案是，(一)按照空心构件的结构特征分解为蒙皮和筋条或蒙皮带筋条的结构形式，根据空心构件的空心部分确定内、外包套结构形式；
(二)按照分解的结构形式加工或成形出蒙皮和筋条或蒙皮带筋条的结构部件；
(三)加工或成形出内包套、外包套；
(四)按照构件结构形式，将加工好的蒙皮和筋条或蒙皮带筋条的结构部件与内外包套组合并对内包套、外包套进行封焊和真空封装，真空度1.0×10-3Pa；
(五)通过热等静压的方法，实现各结构部件之间在位置实现扩散连接；
(六)对预制结构件进行表面处理，制备出空心结构件。
所述的蒙皮和筋条结构部件采用机械加工或热成形或超塑成形或锻造的方法加工。
所述的蒙皮带筋条的结构部件采用机械加工或锻造后机械加工的方法加工。
内、外包套的材料是与结构件的材料相同或不同。
所述的加工或成形出内包套、外包套所选用的材料与空心结构件的材料为不同材料时，在进行扩散连接之后，先采用机械加工或化铣的方法去除内包套、外包套，然后再对预制结构件进行表面处理，制备出空心结构件。
本发明具有的优点和有益效果，
采用新型气压成形方法制备钛合金空心构件具有一系列优点，可以概括如下：
1.生产效率高，一个工艺循环可以制备多个构件，效率得到提高，焊合率＞95％以上；
2.不需要模具，大大降低了成本，缩短了生产周期；
3.可以成形多种金属材料的复杂空心构件，可成形材料包括：高温合金、金属间化合物等难扩散材料；
4.大大降低成形温度，降低成形温度大约70～100℃；
5.扩散质量高，可在热等静压炉内成型，最高扩散压力可以达到200MPa；
6.可以成形多种复杂形状的零件，例如叶片类、环形、筒形、分流环等空心构件；
7.近净成形，加工余量小(小于超塑成形)，节省了原材料；
8.如果采用热等静压方法成形，经过了一个热等静压过程，可以消除材料内部缺陷，材料性能不下降或者下降很少；
9.壁厚分布均匀，而且可以获得设计要求的壁厚分布；
10.不存在表面沟槽等缺陷；
11.不需要涂敷止焊剂；
12.在抽真空后充氩气的环境中成形，表面质量高；
附图说明
图1是本发明蒙皮和筋条分解结构形式示意图；
图2是本发明蒙皮带筋条分解结构形式示意图；
图3是本发明的蒙皮带筋条的结构部件。
具体实施方式
(一)按照空心构件的结构特征分解为蒙皮1和筋条2或蒙皮带筋条6的结构形式，根据空心构件的空心部分确定内包套4、外包套3结构形式；
(二)按照分解的结构形式加工或成形出蒙皮1和筋条2或蒙皮带筋条6的结构部件；
(三)加工或成形出内包套4、外包套3；
(四)按照构件结构形式，将加工好的蒙皮1和筋条2或蒙皮带筋条6的结构部件与内包套4、外包套3组合，并对内包套4、外包套3进行封焊和真空封装，真空度为1.0×10-3Pa；
(五)通过热等静压的方法，实现各结构部件之间在位置5的扩散连接；
(六)对预制结构件进行表面加工和处理，制备出空心结构件。
实施例一
(一)按照空心构件的结构特征分解为蒙皮1和筋条2的结构形式，根据空心构件的空心部分确定内包套4、外包套3结构形式，如图1所示；
(二)按照分解的结构形式加工或成形出蒙皮1和筋条2的结构部件，采用机械加工、热成形、超塑成形、锻造的方法，制造出蒙皮1和筋条2；
(三)加工或成形出内包套4、外包套3。采用机械加工、精密铸造、焊接等方法加工出钛合金内包套4、外包套3，或者是采用机械加工、精密铸造、焊接等方法加工出A3钢的内包套4、外包套3；
(四)按照构件结构形式，将加工好的蒙皮1和筋条2的结构部件与内包套4、外包套3组合，组合后如图1所示，并对内包套4、外包套3进行封焊和真空封装，真空度为1.0×10-3Pa；
(五)通过热等静压的方法，实现各结构部件之间在位置5的扩散连接，热等静压的工艺参数为：900℃/100MPa/1h；
(六)对预制结构件进行表面加工。如果包套材料是A3钢，需要将其去除后进行表面处理，制备出空心结构件。如果包套材料是与构件材料相同的钛合金，需要进行表面处理，制备出空心结构件。
实施例二
1.按照空心构件的结构特征分解为蒙皮带筋条6的结构形式，根据空心构件的空心部分确定内包套4、外包套3结构形式，如图2所示；
2.按照分解的结构形式加工或成形出蒙皮带筋条6的结构部件，采用机械加工、锻造后进行机械加工的方法，制造出蒙皮带筋条结构6，如图3所示；
3.加工或成形出内包套4、外包套3。采用机械加工、精密铸造、焊接等方法加工出钛合金内包套4、外包套3，或者是采用机械加工、精密铸造、焊接等方法加工出A3钢的内包套4、外包套3；
4.按照构件结构形式，将加工好的蒙皮带筋条6的结构部件与内包套4、外包套3组合，组合后如图3所示，并对内包套4、外包套3进行封焊和真空封装，真空度为1.0×10-3Pa；
5.通过热等静压的方法，实现各结构部件之间在位置5的扩散连接，热等静压的工艺参数为：900℃/100MPa/1h；
6.对预制结构件进行表面加工。如果包套材料是A3钢，需要将其去除后进行表面处理，制备出空心结构件。如果包套材料是与构件材料相同的钛合金，经过表面处理后制备出空心结构件。

Claims (3)

1.一种钛合金空心构件的制造方法，其特征是，
（一）按照空心构件的结构特征分解为蒙皮（1）和筋条（2）或蒙皮带筋条（6）的结构形式，根据空心构件的空心部分确定内包套（4）、外包套（3）结构形式；
（二）按照分解的结构形式加工或成形出蒙皮（1）和筋条（2）或蒙皮带筋条（6）的结构部件；
（三）加工或成形出内、外包套；
（四）按照空心构件结构形式，将加工好的蒙皮（1）和筋条（2）或蒙皮带筋条（6）的结构部件与内外包套组合并对内包套（4）、外包套（3）进行封焊和真空封装，真空度1.0×10-3Pa；
（五）通过热等静压的方法，实现各结构部件之间在位置（5）实现扩散连接；
（六）对预制空心构件进行表面处理，制备出空心构件。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金空心构件的制造方法，其特征是，内包套（4）、外包套（3）的材料是与空心构件的材料相同或不同。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金空心构件的制造方法，其特征是，所述的加工或成形出内包套（4）、外包套（3）所选用的材料与空心构件的材料为不同材料时，在进行扩散连接之后，先采用机械加工或化铣的方法去除内包套（4）、外包套（3），然后再对预制空心构件进行表面处理，制备出空心构件。
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