CN101918609B - 具有由金属基复合材料制成的插件的部件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造金属部件的方法，该金属部件包括陶瓷纤维制成的增强物(15)。该方法包括以下步骤：通过使被金属涂覆的纤维组装成束，形成至少一个环形插件(15)；将所述插件放置到中空的金属模具(10)中，使得该插件与所述模具的壁(10a，10b)分隔开；用金属粉末填充所述模具；在所述模具中形成真空且封闭所述模具；在足以使所述粉末颗粒之间粘合以及插件纤维与所述粉末颗粒粘合的温度和压力下，对组件进行热等静压；去除该模具，选择性地进行机加工至所希望的形状。

Description

具有由金属基复合材料制成的插件的部件的制造方法

技术领域

本发明涉及制造金属部件的方法，该金属部件具有由金属基复合材料制成的增强部，在这种类型的材料在金属基体中具有陶瓷纤维。

背景技术

特别在航空领域，致力于以尽可能小的质量生产具有最优机械性能的部件。为此目的，由金属基复合材料制成的插件被包含在特定部件中。这种复合材料包括被嵌入金属基体(例如钛合金)中的陶瓷纤维(例如碳化硅纤维)。陶瓷纤维的性能是具有很高的拉伸强度和压缩强度，大于金属的拉伸强度和压缩强度。金属基体提供的功能是：作为部件的粘合剂，以及保护和隔离纤维。

用于制造这种具有增强物的部件的已知方法包括：生产围绕心轴的被涂覆丝线的绕线。该绕线然后合并到金属主体或容器中，在金属主体或容器中预先机加工出形成壳体的缝。缝的深度大于绕线的高度。盖设置在容器上并焊接到其周边。盖具有与缝互补的榫的形状，其高度与设置在缝中以填充缝的绕线的高度匹配。然后，执行热等静压步骤，在热等静压过程中，绕线被榫压密。被涂覆丝线的金属护套通过扩散被焊接到一起并焊接到缝壁，以形成由金属合金构成的致密组件，其中陶瓷纤维在金属合金内沿环形延伸。然后，所获得的部件被机加工，以形成所希望的形状。

为了简化这种部件的制造，而不是单独制造插件，然后将其传送到主体中的缝，SNECMA名下的专利FR 2 886 290提出，在主体上直接生产绕线。作为缝的替代方式，在主体中提供两个台肩。第一台肩具有支承表面，用于被涂覆丝线的直接绕线。此表面平行于绕线方向。当绕线完成时，通过将一部件设置在主体上而重构缝，所述部件与第二台肩在形状上互补，从而相对于第一台肩形成台阶。然后，具有榫的盖被设置在才被绕线的插件上，然后压密所述组件。

前述制造技术涉及壳体的精密机加工，在通过压缩插件生产出部件坯体之后，将各元件焊接到一起，进行机加工操作，以获得所述部件。这些操作因而不仅涉及机加工大量材料，而且还涉及难以执行的机加工操作。为此原因，这种类型的部件的制造成本高，因而希望尽可能降低制造成本。

发明内容

因此，本发明的目的在于，对这种类型的具有增强部的部件的制造进行改进，以降低其制造成本。

根据本发明用于制造包括陶瓷纤维增强部的金属部件的方法包括以下步骤：

-通过组装被金属涂覆的陶瓷纤维，形成插件；

-制备中空金属模具，其内部容积对应于将被生产部件的封闭结构；

-将插件合并到金属模具中，合并的方式使得插件与模具的壁间隔开；

-用金属粉末填充模具；

-用盖封闭模具，并在封闭结构中形成真空，且将盖焊接到模具；

-在足以使模具的封闭结构变形的温度和压力下，对组件进行热等静压，用于压密粉末和纤维并用于粘合粉末颗粒和纤维；和

-去除模具，并在适合时进行机加工而实现所希望的形状。

通过在热等静压操作中利用粉末技术，可直接生产出具有高精尺寸、良好机械性能和优良冶金均匀性的部件。而且，可选择通过所述方法形成的部件几何形状，使得部件尽可能近似于所限定部件，而不需要或很少需要机加工操作。

所述方法允许使用一个插件或多个不同形状的插件，这取决于部件和增强部的所希望形状。每个插件因而可以是环形形状。更特别地，部件可以是轴对称的，或者可具有至少一个平直部分。当插件平直时，即采取平直段的形式，则其优选通过使被涂覆丝线一起经历热等静压处理而形成。

当至少两个插件被置于模具中时，它们可重叠。该布置取决于将被制造的部件的结构和所期望的机械性能。

为了限制在获得的坯体上进行机加工操作，在模具内提供突出部以减小将在机加工去除材料的区域中被填充的金属粉末的量。这些突出部在由陶瓷纤维所增强的区域之间的所述金属部分中限定腔。

专利EP 1 669 144公开了也通过粉末冶金制造金属零件，例如具有内部增强物的中空叶片。然而，该方法涉及生产预成形体，然后对此预成形体进行成形以生产中空零件。这样的方法不适于实施本发明。

文献GB 2 280 909公开了一种包括陶瓷纤维增强部的金属部件的制造。金属涂覆纤维被卷绕到支撑物上。组件被箔覆盖，整个组件经历热等静压操作。然而，这样的技术不允许通过中空模具制造其中设置有预制插件的部件。EP 997 549和DE 4 335 557这两篇文献均未公开通过多条纤维形成插件。

附图说明

通过参照附图阅读以下描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：

图1显示出现有技术容器，用于生产具有由陶瓷基复合材料制成的插件的细长形状部件；

图2显示从上方看，根据本发明的用于生产部件的模具，其中未示出其盖；

图3显示从侧方在纵向截面中看，图2的模具；

图4显示从侧方并在纵向截面中看，支撑模具中的插件的另一方法；

图5显示从侧方并在纵向截面中看，用于获得具有更多材料的部件的模具实施例；

图6显示出图5中所示类型的模具中获得的部件，其以透明方式显示并存在被切除部分；

图7显示从侧方并在纵向截面中看，用于获得对称部件的模具的另一实施例；

图8显示出图7中所示类型的模具中获得的部件，其以透明方式显示并存在被切除部分；和

图9显示出图2、3、4和5中所示类型的模具中获得的部件，其以透明方式显示。

具体实施方式

图1显示出现有技术中的细长形状的容器4，用于生产具有由金属基复合材料制成的插件的部件。已经在容器中机加工出缝41，以容纳插件3。缝和插件具有互补形状，使得插件被装配到缝中而没有任何间隙。然后，盖5覆盖组件并具有在图中不可见的突出表面，以施力于缝中的插件。在组件中形成真空，盖通过例如电子束焊接而被焊接。然后组件被置于适合的封闭结构中，并在其中经历热等静压操作而承受高压和高温(1000巴和1000℃)。具有包括至少一个平直部分的插件的制造技术在申请人名下的2007年7月26日的专利申请FR 07/05453和FR 07/05454中进行描述。

由此生产的坯体然后被机加工以获得所希望的形状。如在上述专利申请中所示，可获得具有复杂形状的部件，例如用于飞机起落架的部件。

本发明的解决方案允许更经济地获得这样的部件。

首先，制备钢制模具，其具有与将被制造的部件近似的中空形状。

图2和3显示出这种模具10，用于生产大致细长形状的部件。这种模具中空，并具有平坦的底部10a和限定厚度的壁10b，且具有对应于成品部件厚度的高度。其在腔中包括突出部11、12和13。根据此图中的示例，突出部具有的高度允许它们与将模具封闭的盖14接触。然而，所述高度可较小，如图5中所示的那样。

插件15设置在模具中。此插件在此包括在两个半圆形部分之间的两个平直部分。在这种类型插件的情况下，平直部分可平行或不平行，半圆形部分可具有或不具有相同直径。

插件非限制性地根据专利FR 2 886 290所描述的方法之一生产。这包括被涂覆丝线的结构、其制造、被涂覆丝线的粘合层的制造、将这一层粘合到进行绕线的金属支撑物或粘合到下层、通过激光焊接或通过两个电极间的接触来焊接丝线。如果插件包括至少一个平直部分，其则更特别地使用申请人名下的2007年7月26日提交的专利申请FR 07/05453或FR 07/05454中所给出的方法之一进行生产。这样，可通过多条被涂覆丝线而获得插件，且每条丝线包括被涂覆以金属护套的陶瓷纤维，采用围绕轴对称部件绕线的步骤，绕线的一部分沿平直方向进行。如果插件形成平直段，则其可由具有平直部分的插件坯体获得，插件坯体被压密并然后被切为各平直段。

插件位于腔内，并与模具壁分隔开。用于将插件保持在模具中的一种方式包括：将插件置于支撑物16上(在这种情况下，支撑物16可具有在插件整个长度上对应于插件的宽度)，或者置于在插件之下分布的销上。这种支撑物优选地由与所述粉末相同的金属制成。

在一个实施例中，支撑物可包括具有L形截面的部件16’，如图4中所示。在这种情况下，支撑物有利地由其上卷绕被涂覆丝线以构成插件的心轴形成，如专利FR 2 886 920中所描述的那样。

模具被填充以金属粉末18。在这种类型的应用中，金属可为钛合金，例如合金TA6V，或镍合金，例如Inconnel 625，或不锈钢。所用的合金具有适于粉末冶金的颗粒尺寸分布。

粉末可在将插件置于模具中之前被部分地引入模具中，在适合时可在模具中将粉末预压密。然后填充模具。

盖14被设置在如此填充的模具上，在腔中形成真空。然后，通过焊接密封该封闭结构。

如此制备的模具被置于热等静压封闭结构中。该封闭结构可使部件在1000℃的温度下和1000巴的压力下保持数小时。在这些条件下，模具由于插件和粉末均产生20-25％的体积减小而变形。

在此操作之后，粉末完全致密化，且没有气孔存留。所有接触部分通过扩散焊接被焊接到一起。被涂覆丝线被焊接到一起而形成基体，所述基体内包含陶瓷纤维。构成插件基体的金属与构成粉末的金属相同。然而，所述金属可以不同。

然后通过使用酸进行选择性溶解或通过机械方式而去除模具。在适合时，部件被机加工以获得所希望的形状。

这种方法可改变部件构造。在前述示例中，突出部在模具腔的整个高度上延伸。使用最少量的材料并获得部件20，例如图9中所示的具有通孔21、22和23的部件。以透明方式，可见合并到金属体中的插件15。

图9显示出由此可通过实施本发明而生产的部件示例。获得此部件的成本与包括热压操作后进行机加工的技术相比降低至约30％。

在图5中所示示例中，模具50的突出部51、52和53仅部分地在模具腔高度上延伸。部件50’通过被减除部分51’、52’、53’而获得，但不具有如图6中可见的通孔。以透明方式，在图中可见插件。

在图7中所示示例中，使用模具70及其相关联的盖71，其具有相对于中心壁74对称的突出部72、73。图8中所示模具70’是对称的。

Claims (9)

1.一种制造金属部件的方法，该金属部件包括至少一个陶瓷纤维增强物(15)，所述方法包括以下步骤：

-通过使被金属涂覆的陶瓷纤维组装成束，形成至少一个插件(15)；

-将所述插件包含到中空的金属模具(10)的腔中，所述包含的方式使得所述插件与所述模具的壁(10a，10b)分隔开；

-用金属粉末填充所述模具，将一盖设置在所述模具上并封闭该封闭结构；

-在所述模具中形成真空且封闭所述模具；

-在足以使所述粉末的颗粒和所述插件的被涂覆纤维粘合的温度和压力下，对组件进行热等静压；和

-去除所述模具，并在适合时进行机加工而实现所希望的形状。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述插件为环形形状。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述插件具有至少一个平直的部分。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述插件是平直的，并由被涂覆丝线形成，所述被涂覆丝线共同经历热等静压处理。

5.如权利要求1-4中任何一项所述的方法，其中所述插件通过使用支撑部(16，16’)而被设置在所述模具中。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述支撑部是用于缠绕所述插件的心轴。

7.如权利要求1-4中任何一项所述的方法，其中至少两个插件设置在所述模具中。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述两个插件被设置为重叠。

9.如权利要求1-4中任何一项所述的方法，其中在所述模具(10，50，70)中设有突出部(11，12，13；51，52，53；72，73)，所述突出部在所述金属部件中由所述陶瓷纤维增强的区域之间限定了腔。

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