CN105945417A - 一种TiAl基合金三层波纹结构热弯曲/扩散连接工艺方法 - Google Patents

一种TiAl基合金三层波纹结构热弯曲/扩散连接工艺方法 Download PDF

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Abstract

一种TiAl基合金三层波纹结构热弯曲/扩散连接工艺方法，它涉及一种热弯曲/扩散连接工艺方法。本发明为了解决现有的热弯曲/扩散连接组合工艺制备三层波纹结构件存在工序时间长、能耗高、生产效率较低的问题。本发明的步骤一：表面处理；步骤二：三层波纹结构的摆放；步骤三：热弯曲扩散组合工艺：三层波纹结构件的热弯曲/扩散连接在真空炉内进行，真空度为10‑3‑10‑4Pa，当真空炉内的温度达到1000‑1050℃，且温度稳定之后，上压头以1mm/min的速度向下移动，完成上面板、芯板和下面板经压制成形为波纹芯板；待波纹芯板成形之后，逐渐增大压力，使得芯板与面板之间的压力达到20MPa，随后保持压力不变，在恒温恒压条件下，维持2‑3h。本发明用于三层波纹结构热弯曲/扩散连接。

Description

一种TiAl基合金三层波纹结构热弯曲/扩散连接工艺方法
技术领域
本发明涉及一种弯曲扩散连接工艺方，具体涉及一种TiAl基合金三层波纹结构热弯曲/扩散连接工艺方法。
背景技术
TiAl基合金由于其优异的性能，例如低密度(3.8g/mm3),高熔点，高的比强度，优良的抗氧化和抗腐蚀性能，以及高温条件下好的蠕变韧性，作为一种轻质高强的结构材料在航空航天领域具有很大的应用潜力。三层波纹结构具有轻质、抗冲击等诸多优点，在航空航天领域获得广泛应用。目前，TiAl基合金三层结构的主要工艺是波纹芯板热弯曲/连接的组合工艺，对于连接工艺，常用的技术主要有钎焊，熔焊和扩散焊。对于采用钎焊技术，在连接界面处易形成具有多种金属间复合物的中间层，使得整个连接界面处的强度不均匀且稳定性较差；而对于TiAl基合金熔焊而言，不仅基体有焊接热裂趋向，而且焊缝区组织与基体组织不同导致较低的力学性能；而扩散连接由于不引入中间层，不会导致局部组织以及相关力学性能的剧烈变化，并且能够部分或完全消除机械结合达到良好的冶金结合。因而，热弯曲/扩散连接组合工艺生产TiAl基合金三层波纹结构是一种很合适的工艺。而该工艺主要包括两部：第一步为TiAl基合金波纹芯板的热弯曲，第二步为波纹芯板与上下两层面板的扩散连接。高温弯曲和扩散连接均在高温条件下进行，工序时间较长且能耗较高。因而，找到一种波纹芯板热弯曲和扩散连接在一个工序下完成的工艺，对于提高三层波纹结构件的生产效率，促进结构件的应用，具有重要的作用。
因此，现有的热弯曲/扩散连接组合工艺制备三层波纹结构件存在工序时间长、能耗高、生产效率较低的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的热弯曲/扩散连接组合工艺制备三层波纹结构件存在工序时间长、能耗高、生产效率较低的问题。进而提供一种TiAl基合金三层波纹结构热弯曲/扩散连接工艺方法。
本发明的技术方案是：一种TiAl基合金三层波纹结构热弯曲/扩散连接工艺方法包括以下步骤：
步骤一：表面处理：
采用机械清理和化学清理相结合的方法，去除表面氧化层及油污，对板料进行腐蚀，保证表面无污染；
步骤二：三层波纹结构的摆放；
将下面板铺设在下压头上，三根条形下垫块并排设置在下面板，芯板水平铺设在三根条形下垫块上，两根上垫块并排设置在芯板上，且两根上垫块均位于三根条形下垫块中的相邻两根条形下垫块之间的上方，上面板水平铺设在两根上垫块上，上压头压装在上面板上，且上压头对上面板、两根上垫块、芯板和下面板施加向下的压力；
步骤三：热弯曲扩散组合工艺：
三层波纹结构件的热弯曲/扩散连接在真空炉内进行，真空度为10-3-10-4Pa，，当真空炉内的温度达到1000-1050℃，且温度稳定之后，上压头以1mm/min的速度向下移动，完成上面板、芯板和下面板经压制成形为波纹芯板；待波纹芯板成形之后，逐渐增大压力，使得芯板与面板之间的压力达到20MPa，随后保持压力不变，在恒温恒压条件下，维持2-3h，即可完成三层波纹结构件的扩散连接。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
本发明相对于传统的先热弯波纹芯板，再扩散连接的两步法，采用改进后的模型(指步骤二中提及到的结构)能够快速实现热弯曲和扩散连接在同一工序内完成，避免了材料两次进入高温环境，减少了材料的热暴露，另外成形和扩散连接过程一次升温和降温即可完成，降低了接近一半的工艺时间、减少一次加热过程减少了一次加热约1/3的能耗、提高了50％左右生产的效率。
附图说明
图1为本发明步骤二中提及的去掉上压头后的结构示意图；
图2为本发明步骤二中提及的上压头未压装时的结构示意图；
图3为本发明步骤三中提及的芯板成形之后20MPa压力下扩散连接时的结构示意图；
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的一种TiAl基合金三层波纹结构热弯曲/扩散连接工艺方法包括以下步骤：
步骤一：表面处理：
采用机械清理和化学清理相结合的方法，去除表面氧化层及油污，对板料进行表面清理，保证表面无污染；
步骤二：三层波纹结构的摆放；
将下面板2铺设在下压头1上，三根条形下垫块3并排设置在下面板2，芯板4水平铺设在三根条形下垫块3上，两根上垫块5并排设置在芯板4上，且两根上垫块5均位于三根条形下垫块3中的相邻两根条形下垫块3之间的上方，上面板6水平铺设在两根上垫块5上，上压头7压装在上面板6上，且上压头7对上面板6、两根上垫块5、芯板4和下面板2施加向下的压力；
步骤三：热弯曲扩散组合工艺：
三层波纹结构件的热弯曲/扩散连接在真空炉内进行，真空度为10-3-10-4Pa，当真空炉内的温度达到1000-1050℃，且温度稳定之后，上压头7以1mm/min的速度向下移动，完成上面板6、芯板4和下面板2经压制成形为波纹芯板；待波纹芯板成形之后，逐渐增大压力，使得芯板与面板之间的压力达到20MPa左右，随后保持压力不变，在恒温恒压条件下，维持2-3h，即可完成三层波纹结构件的成形。
具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的上面板6、芯板4和下面板2均为矩形板。上面板6和下面板2的在长度方向上的尺寸等于或小于芯板4的长度。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的步骤三中的待波纹芯板成形之后，压力以每分钟2-3MPa的速度继续增大，直至芯板与面板之间的压力达到20MPa左右。在该压力作用和恒温条件下，保持2-3h，以实现上面板6和芯板4以及下面板2和芯板4之间的扩散连接。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
为了能够压制出最佳的波纹芯板，热弯曲温度以1050℃时为最佳，对于扩散连接，为形成优良的扩散连接界面，压力以达到12MPa，连接时间3h为最佳，此时可形成无缺陷的连接界面，界面强度高。
具体实施方式四：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的步骤一中的机械清理采用砂纸打磨的方法去除表面的氧化层。砂纸采用SiC颗粒砂纸，从200#依次打磨至800#，保证表面无明显的大划痕。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的步骤一中的化学清理为酸洗，利用酒精除去上面板6、芯板4和下面板2的表面油污，并采用化学试剂对表面的氧化层进行腐蚀，酸洗溶液的成分配比为氢氟酸：硝酸：水＝1:6:13，酸洗后的表面要进行酒精清洗除掉表面残余的酸洗溶液，吹干上面板6、芯板4和下面板2表面，将清理后的上面板6、芯板4和下面板2放在通风、干燥、清洁的环境中，保证表面在清理之后不被污染。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的上垫块和下垫块均为矩形条状垫块。垫块材料与试验材料之间不会发生连接。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (5)

1.一种TiAl基合金三层波纹结构热弯曲/扩散连接工艺方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一：表面处理：
采用机械清理和化学清理相结合的方法，去除表面氧化层及油污，对板料进行腐蚀，保证表面无污染；
步骤二：三层波纹结构的摆放；
将下面板(2)铺设在下压头(1)上，三根条形下垫块(3)并排设置在下面板(2)，芯板(4)水平铺设在三根条形下垫块(3)上，两根上垫块(5)并排设置在芯板(4)上，且两根上垫块(5)均位于三根条形下垫块(3)中的相邻两根条形下垫块(3)之间的上方，上面板(6)水平铺设在两根上垫块(5)上，上压头(7)压装在上面板(6)上，且上压头(7)对上面板(6)、两根上垫块(5)、芯板(4)和下面板(2)施加向下的压力；
步骤三：热弯曲/扩散组合工艺：
三层波纹结构件的热弯曲/扩散连接在真空炉内进行，真空度为10-3-10-4Pa，，当真空炉内的温度达到1000-1050℃，且温度稳定之后，上压头(7)以1mm/min的速度向下移动，完成上面板(6)、芯板(4)和下面板(2)经压制成形为波纹芯板；待波纹芯板成形之后，逐渐增大压力，使得芯板与面板之间的压力达到20MPa，随后保持压力不变，在恒温恒压条件下，维持2-3h，即可完成三层波纹结构件的成形。
2.根据权利要求1所述的一种TiAl基合金三层波纹结构热弯曲/扩散连接工艺方法，其特征在于：上面板(6)、芯板(4)和下面板(2)均为矩形板。
3.根据权利要求2所述的一种TiAl基合金三层波纹结构热弯曲/扩散连接工艺方法，其特征在于：步骤三中的待波纹芯板成形之后，以每分钟增加2-3MPa的压力增大，直至芯板与面板之间的压力达到20MPa。
4.根据权利要求3所述的一种TiAl基合金三层波纹结构热弯曲/扩散连接工艺方法，其特征在于：步骤一中的机械清理采用砂纸打磨的方法去除表面的氧化层。
5.根据权利要求4所述的一种TiAl基合金三层波纹结构热弯曲/扩散连接工艺方法，其特征在于：步骤一中的化学清理为酸洗，利用酒精除去上面板(6)、芯板(4)和下面板(2)的表面油污，并采用化学试剂对表面的氧化层进行腐蚀，酸洗溶液的成分配比为氢氟酸：硝酸：水＝1:6:13，酸洗后的表面要进行酒精清洗除掉表面残余的酸洗溶液，吹干上面板(6)、芯板(4)和下面板(2)表面，将清理后的上面板(6)、芯板(4)和下面板(2)放在通风、干燥、清洁的环境中，保证表面在清理之后不被污染。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107931379A (zh) * 2017-12-05 2018-04-20 高峰 一种地铁隧道壁支架用钢条的弯曲装置
CN110434555A (zh) * 2019-06-22 2019-11-12 哈尔滨工业大学（威海） 一种金属板材中空结构件电流辅助成形的方法
CN110640044A (zh) * 2019-09-04 2020-01-03 贵州天义电器有限责任公司 一种卡箍的弯形工艺方法及弯形模的设计和使用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5024369A (en) * 1989-05-05 1991-06-18 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Method to produce superplastically formed titanium alloy components
CN103008998A (zh) * 2012-12-14 2013-04-03 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种钛合金筒形三层结构的超塑成形/扩散连接成形方法
CN104228310A (zh) * 2014-10-10 2014-12-24 哈尔滨工业大学 一种制备Ti2AlNb合金轻质三层中空结构的方法
US20150266586A1 (en) * 2014-03-20 2015-09-24 The Boeing Company Hybrid structure including built-up sandwich structure and monolithic spf/db structure
CN105083528A (zh) * 2015-09-07 2015-11-25 哈尔滨工业大学 一种热防护装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5024369A (en) * 1989-05-05 1991-06-18 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Method to produce superplastically formed titanium alloy components
CN103008998A (zh) * 2012-12-14 2013-04-03 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种钛合金筒形三层结构的超塑成形/扩散连接成形方法
US20150266586A1 (en) * 2014-03-20 2015-09-24 The Boeing Company Hybrid structure including built-up sandwich structure and monolithic spf/db structure
CN104228310A (zh) * 2014-10-10 2014-12-24 哈尔滨工业大学 一种制备Ti2AlNb合金轻质三层中空结构的方法
CN105083528A (zh) * 2015-09-07 2015-11-25 哈尔滨工业大学 一种热防护装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杜志豪: "TA15钛合金多层结构SPF/DB工艺与评价", 《万方学位论文》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107931379A (zh) * 2017-12-05 2018-04-20 高峰 一种地铁隧道壁支架用钢条的弯曲装置
CN110434555A (zh) * 2019-06-22 2019-11-12 哈尔滨工业大学（威海） 一种金属板材中空结构件电流辅助成形的方法
CN110640044A (zh) * 2019-09-04 2020-01-03 贵州天义电器有限责任公司 一种卡箍的弯形工艺方法及弯形模的设计和使用

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