CN109514071B - 一种钛合金内通道件固固耦合成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种钛合金内通道件固固耦合成形方法，属于钛合金成形制造领域，可解决钛合金内通道件成形困难的问题。该方法包括管路设计制备、固体块设计制备及加工、外部包套设计与制备、预处理、工艺参数选择和后期处理等步骤。该方法是一种在热等静压和扩散焊的基础上进行改进的创新型技术，同时兼具两者的优点：作用对象是固体，可以降低成本，还可以对零件内部进行结构设计；能实现近净成形、材料利用率高、成形周期短、成本低；以管路代替通道可满足清洁性、气密性等性能要求，优势显著。此方法还可以推广到其它具有内部特征的钛合金或者其它材料的零件，具有良好的发展潜力。
Description
技术领域
本发明属于钛合金成形制造领域，特别是涉及钛合金内通道件成形方面，也可以推广应用到其它具有内部特征的钛合金或者其它材料的零件。
背景技术
航空航天领域由于减小空间体积的要求对管路集成化提出了需求，可通流体的钛合金内通道件可以很好地满足此需求，同时还能满足减重的要求，得到了越来越广泛的应用。但是钛合金内通道件往往有较高的精度、强度要求以及内通道清洁性、气密性等性能要求，这给成形带来了诸多困难：内部通道尺寸小、深度深，常规加工方法无法成形；采用扩散焊的方法不仅机加工繁琐，工艺复杂，周期长，精度低，而且会存在漏气问题，无法满足气密性要求；3D打印技术虽然能成形，但是内通道却不可避免地存在粉末颗粒，无法满足清洁性要求，而且其成本也较高。
基于上述成形难题，本发明提出了高温高压固固耦合成形技术，它是在热等静压及扩散焊的基础上进行改进的新型技术：热等静压是在高温环境中利用密闭容器内的高压气体对包套内的粉末进行固结成形的高温高压成形技术，而本发明提出的高温高压固固耦合成形技术是通过热等静压的方法将一种金属固体与同种或异种金属固体扩散连接成整体的近净成形技术。与热等静压成形技术相比，作用对象不是粉末，而是固体，所以可以降低成本，还可以对零件内部进行结构设计。固固耦合成形技术兼具热等静压和扩散焊的优点：能实现近净成形、精确成形，机加工少、材料利用率高、成形周期短、成本低；同时扩散连接界面性能好，具有可设计性的特点，在成形钛合金内通道件时以管路代替通道来满足清洁性、气密性等性能要求，优势显著。同时此技术还可以推广到其它具有内部特征的钛合金或者其它材料的零件，具有良好的发展潜力。
发明内容
本发明提供的钛合金内通道件高温高压固固耦合成形方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)根据内通道件的内部通道走向设计制备出相应的管路。
2)为满足清洁性、气密性等性能要求，先对管路进行清洗、气密性检测等预处理。
3)根据内通道件的内部通道位置设计制备出相应的上固体块和下固体块。
4)根据管路尺寸在两块固体块表面加工出凹槽或者孔，用来固定管路。
5)将管路装配在两块固体块对应的凹槽或者孔上。
6)根据内通道件外部形状设计制备出合理的外部包套。
7)在包套上开出相应的抽真空孔和管路孔。
8)将装配好的固体块和管路装入包套，管路通过包套上的管路孔延伸出来，与包套连接的位置通过焊接的方式固定密封。
9)通过检漏仪设备对包套整体装置进行检漏操作。
10)将抽气管放置在包套抽真空孔处，并封焊好。
11)将上述包套装置放置在加热炉中加热，并利用抽真空的设备通过抽气管对包套内部进行抽真空处理。完成后夹断抽气管并封焊。
12)将上述已经抽真空的包套装置放置在热等静压设备中，在高温高压下使固体、管路扩散连接成一个整体，成形出具有内通道特征的钛合金零件。
13)利用机械加工的方法去除包套，再经过精加工，最终成形符合要求的钛合金内通道件。
14)所述步骤1中管路的材料为铜、钛或者不锈钢等与钛合金扩散连接性能好的材料；如需选用扩散连接性能不好的材料，需添加过渡层材料。
15)所述步骤3中固体块的材料为相应的钛合金零件材料。
16)所述步骤6中包套材料为塑性不锈钢材料。
17)所述步骤11中加热炉的温度为350℃-400℃，包套内部的真空度不低于10-3Pa。
18)所述步骤12中热等静压工艺参数为：先升温再升压3小时使热等静压设备的温度至0.5-0.7T熔(T熔为相应钛合金材料的熔点，如TC4钛合金材料热等静压温度为920℃)、热等静压设备的内部压力至120MPa；保温保压时间为3小时；降温降压时间为2.5小时。
19)根据所成形的钛合金内通道件外部形状和内部通道走向、位置的不同，相应的包套、管路和固体块形状也不同，工艺参数也将根据原材料以及零件特征的不同进行相应的调整。
20)该技术是一种可设计化的成形方法，可以推广应用到其它具有内部特征的钛合金或者其它材料的零件。
附图说明
图1为采用本发明提供的高温高压固固耦合成形方法所成形的典型钛合金内通道件外部形状示意图。
图2为采用本发明提供的高温高压固固耦合成形方法所成形的典型钛合金内通道件的内部通道示意图。
图3为采用本发明提供的高温高压固固耦合成形方法成形典型钛合金内通道件所设计的的管路示意图。
图4为采用本发明提供的高温高压固固耦合成形方法成形典型钛合金内通道件所设计的的上固体块示意图。
图5为采用本发明提供的高温高压固固耦合成形方法成形典型钛合金内通道件所设计的的下固体块示意图。
图6为采用本发明提供的高温高压固固耦合成形方法成形典型钛合金内通道件热等静压整体装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明提供的高温高压固固耦合成形方法成形典型钛合金内通道件进行详细说明。
如图1-图6所示，本发明提供的高温高压固固耦合成形方法成形典型钛合金内通道件包括下列步骤：
1)根据图1中内通道件1的内部通道走向(如图2所示)设计制备出相应的管路2(如图3所示)。
2)为满足清洁性、气密性等性能要求，先对管路2进行清洗、气密性检测等预处理。
3)根据内通道件1的内部通道位置设计制备出相应的上固体块3(如图4所示)和下固体块4(如图5所示)。
4)根据管路2尺寸在两块固体块表面加工出凹槽5，用来固定管路2。
5)将管路2装配在两块固体块对应的凹槽5上。
6)根据内通道件外部形状设计制备出合理的外部包套6。
7)在包套6上开出相应的抽真空孔7和管路孔8。
8)如图6所示，将装配好的固体块和管路装入包套6，管路2通过包套6上的管路孔8延伸出来，与包套6连接的位置通过焊接的方式固定密封。
9)通过检漏仪设备对包套整体装置进行检漏操作。
10)将抽气管9放置在包套抽真空孔7处，并封焊好。
11)将上述包套装置放置在加热炉中加热，并利用抽真空的设备通过抽气管9对包套6内部进行抽真空处理。完成后夹断抽气管9并封焊。
12)将上述已经抽真空的包套装置放置在热等静压设备中，在高温高压下使固体和管路扩散连接成一个整体，成形出具有内通道特征的钛合金零件。
13)利用机械加工的方法去除包套，再经过精加工，最终成形符合要求的钛合金内通道件1。
14)所述步骤1中管路2的材料为铜、钛或者不锈钢等与钛合金扩散连接性能好的材料；如需选用扩散连接性能不好的材料，需添加过渡层材料。
15)所述步骤3中固体块3、4的材料为相应的钛合金零件材料。
16)所述步骤6中包套6材料为塑性不锈钢材料。
17)所述步骤11中加热炉的温度为350℃-400℃，包套内部的真空度不低于10-3Pa。
18)所述步骤12中热等静压工艺参数为：先升温再升压3小时使热等静压设备的温度至0.5-0.7T熔(T熔为相应钛合金材料的熔点，如TC4钛合金材料热等静压温度为920℃)、热等静压设备的内部压力至120MPa；保温保压时间为3小时；降温降压时间为2.5小时。
19)根据所成形的钛合金内通道件外部形状和内部通道走向、位置的不同，相应的包套、管路和固体块形状也不同，工艺参数也将根据原材料以及零件特征的不同进行相应的调整。
20)该技术是一种可设计化的成形方法，可以推广应用到其它具有内部特征的钛合金或者其它材料的零件。
Claims (1)
1.一种钛合金内通道件高温高压固固耦合成形方法，其特征在于：所述钛合金内通道件的成形方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)根据钛合金内通道件的内部通道走向设计制备出相应的管路；
2)为满足清洁性、气密性性能要求，先对管路进行清洗、气密性检测预处理；
3)根据钛合金内通道件的内部通道位置设计制备出相应的上固体块和下固体块；
4)根据所述管路的尺寸在两块所述固体块表面加工出凹槽或者孔，用来固定所述管路；
5)将所述管路装配在两块所述固体块对应的凹槽或者孔上；
6)根据钛合金内通道件外部形状设计制备出合理的外部包套；
7)在所述包套上开出相应的抽真空孔和管路孔；
8)将装配好的所述固体块和所述管路装入所述包套，所述管路通过所述包套上的管路孔延伸出来，与所述包套连接的位置通过焊接的方式固定密封；
9)通过检漏仪设备对所述包套整体装置进行检漏操作；
10)将抽气管放置在所述包套所述抽真空孔处，并封焊好；
11)将装配好的组成的包套装置放置在加热炉中加热，并利用抽真空的设备通过抽气管对所述包套内部进行抽真空处理，完成后夹断所述抽气管并封焊；
12)将已经抽真空的所述包套装置放置在热等静压设备中，在高温高压下使所述固体块、管路扩散连接成一个整体，成形出具有内通道特征的钛合金零件；
13)利用机械加工的方法去除所述包套，再经过精加工，最终成形符合要求的钛合金内通道件；
所述管路的材料为铜、钛或不锈钢，若需选用扩散连接性能不好的材料时，需添加过渡层材料；所述固体块的材料为钛合金零件材料；所述包套材料为塑性不锈钢材料；
所述加热炉的温度为350℃-400℃，所述包套内部的真空度不低于10-3Pa；
热等静压工艺参数为：先升温再升压3小时使热等静压设备的温度至（0.5-0.7）T熔，其中，T熔为相应钛合金材料的熔点，热等静压设备的内部压力至120MPa；保温保压时间为3小时；降温降压时间为2.5小时。
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