CN111804810B - 一种NiAl合金复杂薄壁中空构件的成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及中空构件成形技术领域，尤其涉及一种NiAl合金复杂薄壁中空构件的成形方法。本发明对Ni箔进行热处理，可以降低Ni箔中位错等缺陷密度，降低Ni箔的屈服强度、提高延伸率，优化叠层原料的变形均匀协调性，进而有利于得到壁厚均匀、性能优异的复杂薄壁中空构件；本发明在成形前对第一叠层箔的重叠区进行压制，重叠区的Ni箔和A1箔之间可以形成扩散冶金结合的重叠区叠层箔，在后续成形复杂薄壁中空构件时变形更均匀协调，不容易窜动和分层，成形性能更好；本发明采用错层搭接的方式制备复杂薄壁中空构件，无需焊接，可确保搭接缝成分与构件其他部分成分一致，使用安全可靠性更高，壁厚均匀性更好、构件精度高。

Description

一种NiAl合金复杂薄壁中空构件的成形方法

技术领域

本发明涉及中空构件成形技术领域，尤其涉及一种NiAl合金复杂薄壁 中空构件的成形方法。

背景技术

在国防装备等工业领域中，封闭截面中空薄壁类构件应用十分广泛，如 高速飞行器隔离段、进气道、喷管、出口管等。由于服役温度高达800℃以 上，此类构件往往需要采用耐高温材料制造，目前广泛应用的耐高温合金材 料是Ni基高温合金。

近年来，随着飞行器飞行速度的进一步提高，关键构件的使用温度也大 幅提高，新一代高速飞行器关键构件的使用温度已达高温合金使用温度极 限。另外，Ni基高温合金密度大，严重制约了新一代飞行器轻量化减重的迫 切需要。NiAl合金密度是Ni基高温合金的2/3、使用温度上限有望达到 1250℃左右，比现有Ni基高温合金提高150～200℃左右。此外，NiAl合金 导热率大，20～1100℃范围内，为70～80W/m·K，是一般Ni基高温合金的4～8倍，应用于更高马赫数构件，除减重、提高使用温度外，还可增强主动冷却 效果。然而NiAl合金难变形、生产成本高、周期长；针对复杂薄壁中空构 件，成形难度尤为突出、且成形精度与组织性能控制困难。

公开号为CN110142332A的发明专利，提供了一种NiAl合金薄壁管件 成形与控性一体化方法，该方法可以获得NiAl合金薄壁管件，但针对截面 形状变化大、截面周长变化大等复杂形状薄壁中空构件的制备成形，仍有一 些技术问题需要解决。这主要体现在：(1)变形态Ni箔原料未进行热处理， 降低了Ni/Al叠层箔的变形均匀协调性，进而降低构件成形性能。(2)采用 焊接方法处理Ni/Al叠层箔管对接缝，存在焊缝、降低使用安全可靠性；此外可能使焊缝局部区域合金成分偏离NiAl单相区成分要求、造成焊缝附近 区域材料性能差异，加大焊缝处失稳可能性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种NiAl合金复杂薄壁中空构件的成形方法， 可成形截面形状变化大、截面周长变化大等复杂薄壁中空构件，且壁厚均匀 性好，成形均匀性好(缺陷少)，不需焊接、安全可靠性高，易操作、易自 动化生产，构件精度高，性能优异。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种NiAl合金复杂薄壁中空构件的成形方法，包括以下 步骤：

(1)根据NiA1合金中Ni原子和A1原子的原子个数比，计算Ni箔和 A1箔的厚度比；根据计算得到的Ni箔和A1箔的厚度比，确定Ni箔和Al 箔的实际厚度；将所需Ni箔进行热处理，得到热处理Ni箔；所述热处理的 温度为600～800℃，时间为30～120min；

(2)将若干所述热处理Ni箔与A1箔交替堆叠，然后将得到的叠层箔 在厚度方向上一分为二，上面的为上叠层箔，下面的为下叠层箔，所述上叠 层箔和下叠层箔构成第一叠层箔；所述上叠层箔和下叠层箔之间存在错位， 将所述第一叠层箔分为重叠区和两个错层区；

(3)对所述第一叠层箔的重叠区进行压制，得到第二叠层箔；所述第 二叠层箔包括在重叠区进行压制后形成的重叠区叠层箔和位于两个错层区 的两部分错层区叠层箔；

(4)使用内置模具将所述第二叠层箔压入下模具中，然后将第二叠层 箔的两个错层区绕过所述内置模具进行搭接，利用上模具对搭接后的第二叠 层箔进行压制，在上模具、下模具和内置模具的共同作用下，实现搭接区域 的连接，成形后取出，得到NiAl合金复杂薄壁中空构件。

优选的，在标准大气压和室温环境下，步骤(1)中所述NiA1合金中 Ni原子和A1原子的原子个数比为45:55至59:41。

优选的，步骤(1)中所述热处理在真空条件下进行。

优选的，步骤(3)中，对所述第一叠层箔的重叠区进行压制的条件包 括：真空度为1.0×10^-3～5.0×10^-3Pa，温度为550～600℃，压力为15～25MPa， 压制时间为0.5～3h。

优选的，步骤(4)中，对搭接后的第二叠层箔进行压制的条件包括： 真空度为1.0×10^-3～5.0×10^-3Pa，温度为550～600℃，压力为15～25MPa，压制 时间为0.5～3h。

优选的，步骤(4)中，使用内置模具将所述第二叠层箔压入下模具的 过程在室温及标准大气压下完成。

优选的，将所述第二叠层箔压入下模具前，还包括对所述第二叠层箔的 两部分错层区叠层箔进行压制。

优选的，所述NiAl合金复杂薄壁中空构件的壁厚为1～3mm。

优选的，所述NiAl合金复杂薄壁中空构件的两端面截面周长比在1.5 以上。

优选的，其特征在于，所述NiAl合金复杂薄壁中空构件的两端面为不 同形状。

本发明提供了一种NiAl合金复杂薄壁中空构件的成形方法，包括以下 步骤：(1)根据NiA1合金中Ni原子和A1原子的原子个数比，计算Ni箔 和A1箔的厚度比；根据计算得到的Ni箔和A1箔的厚度比，确定Ni箔和 Al箔的实际厚度；将所需Ni箔进行热处理，得到热处理Ni箔；所述热处理 的温度为600～800℃，时间为30～120min；(2)将若干所述热处理Ni箔与 A1箔交替堆叠，然后将得到的叠层箔在厚度方向上一分为二，上面的为上 叠层箔，下面的为下叠层箔，所述上叠层箔和下叠层箔构成第一叠层箔；所 述上叠层箔和下叠层箔之间存在错位，将所述第一叠层箔分为重叠区和两个 错层区；(3)对所述第一叠层箔的重叠区进行压制，得到第二叠层箔；所述 二叠层箔包括在重叠区进行压制后形成的重叠区叠层箔和位于两个错层区 的两部分错层区叠层箔；(4)使用内置模具将所述第二叠层箔压入下模具中， 然后将第二叠层箔的两个错层区绕过所述内置模具进行搭接，利用上模具对 搭接后的第二叠层箔进行压制，在上模具、下模具和内置模具的共同作用下， 实现搭接区域的连接，成形后取出，得到NiAl合金复杂薄壁中空构件。

纯Ni的屈服强度为纯Al的3～4倍，本发明在600～800℃条件下，对 Ni箔进行热处理30～120min，可以降低Ni箔中位错等缺陷密度，从而降低 Ni箔的屈服强度、提高延伸率，优化叠层材料的变形均匀协调性，进而有利 于得到壁厚均匀、性能优异的复杂薄壁中空构件；

本发明在成形前对第一叠层箔的重叠区进行压制，重叠区的Ni箔和A1 箔之间可以形成扩散冶金结合的重叠区叠层箔，相比于现有技术中不进行压 制而直接成形，该重叠区叠层箔在后续成形复杂薄壁中空构件时变形更均匀 协调，不容易窜动和分层，成形性能更好；

本发明采用错层搭接的方式制备复杂薄壁中空构件，无需焊接，压制后 便可在构件中形成两条不在同一轴线位置处的搭接缝，相比焊接方法形成的 焊缝，可确保搭接缝成分与构件其他部分成分一致，使用安全可靠性更高， 壁厚均匀性更好、构件精度高。

此外，本发明可根据最终构件形状尺寸，灵活设计制备过程中所需的内 置模具形状及分块方式等，便于获得复杂形状构件，并可方便、快捷的脱模 取出内置模具，效率高、易于批量生产。

进一步的，本发明控制NiA1合金中Ni原子和A1原子的原子个数比为 45:55至59:41，该原子个数比落在NiA1合金的单相区中，可以确保得到的 NiAl合金复杂薄壁中空构件的成分均在单相区中，成分更加均匀，防止构件 不同部位性能差异。此外，现有技术中强调Ni与Al原子比为1:1，形成NiAl， 这样对原料的质量、操作要求都有很高的要求，不利于大批量生产。本发明 基于NiAl单相区成分范围，对Ni箔与Al箔厚度比进行优化，在标准的室温环境下，NiAl单相区成分范围Ni原子和A1原子的原子个数比为45:55 至59:41，范围更宽，考虑了实际箔材原料的厚度偏差以及实验操作可能造 成的一定影响等，更便于操作及自动化生产。

进一步的，本发明在对第一叠层箔重叠区进行压制以及在对第二叠层箔 搭接区域进行压制时，通过控制压制的真空度为1.0×10^-3～5.0×10^-3Pa，可以 充分去除原料箔材之间的气体，使得界面结合及搭接缝结合状态良好、不存 在气孔。因此，成形的构件均匀性好、缺陷少，构件使用性能优异。

附图说明

图1为Ni箔、Al箔交替堆叠示意图；

图2为第一层叠箔的重叠区和两个错层区的示意图；

图3为搭接缝示意图；

图4为实施例1的NiAl合金复杂薄壁中空构件的结构示意图；

图5为采用热处理Ni箔和未进行热处理Ni箔制备的叠层箔在不同温度 下的拉伸测试应力-应变曲线；

图6中的(a)是梯形叠层箔压制示意图，图6中的(b)是梯形叠层箔 上、下两部分错层示意图；

图7为矩形叠层箔的微观组织图；

图8为不同温度下，矩形叠层箔的拉伸测试应力-应变曲线；

图9是矩形叠层箔的拉伸测试后断口照片；

图10中的(a)是矩形叠层箔弯曲性能测试模具示意图，图10中的(b) 为弯曲测试前矩形叠层箔的照片，图10中的(c)为弯曲测试后矩形叠层箔 的照片；

图11中的(a)是实施例1的内置模具示意图，图11中的(b)是实施 例1构件的上模具、下模具及压制过程示意图；

图12中的(a)是实施例1构件压制过程中形成的“搭接缝”示意图， 图12中的(b)是实施例1最终成形的NiAl合金复杂薄壁中空构件示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种NiAl合金复杂薄壁中空构件的成形方法，包括以下 步骤：

(1)根据NiA1合金中Ni原子和A1原子的原子个数比，计算Ni箔和 A1箔的厚度比；根据计算得到的Ni箔和A1箔的厚度比，确定Ni箔和Al 箔的实际厚度；将所需Ni箔进行热处理，得到热处理Ni箔；所述热处理的 温度为600～800℃，时间为30～120min；

(2)将若干所述热处理Ni箔与相同数量的A1箔交替堆叠，然后将得 到的叠层箔在厚度方向上一分为二，上面的为上叠层箔，下面的为下叠层箔， 所述上叠层箔和下叠层箔构成第一叠层箔；所述上叠层箔和下叠层箔之间存 在错位，将所述第一叠层箔分为重叠区和两个错层区；

(3)对所述第一叠层箔的重叠区进行压制，得到第二叠层箔；所述第 二叠层箔包括在重叠区进行压制后形成的重叠区叠层箔和位于两个错层区 的两部分错层区叠层箔；

(4)使用内置模具将所述第二叠层箔压入下模具中，然后将第二叠层 箔的两个错层区绕过所述内置模具进行搭接，利用上模具对搭接后的第二叠 层箔进行压制，在上模具、下模具和内置模具的共同作用下，实现搭接区域 的连接，成形后取出，得到NiAl合金复杂薄壁中空构件。

本发明根据NiA1合金中Ni原子和A1原子的原子个数比，计算Ni箔 和A1箔的厚度比。本发明对计算Ni箔和A1箔的厚度比的方法没有特殊要 求，采用本领域公知的方法进行计算即可。在本发明中，所述NiA1合金中 Ni原子和A1原子的原子个数比优选为45:55至59:41。

在本发明中，计算Ni箔和Al箔的厚度比方法具体如下：

N＝n×N_A 式(i)

m＝n×M 式(ii)

h＝m/(ρ×S) 式(iii)

其中，N是原子个数，n是物质的量，N_A是阿伏伽德罗常数，m是质量， M是物质的摩尔质量，h是箔材厚度，ρ是密度，S是截面积；ρ_Ni＝8.902g/cm³， M_Ni＝58.69g/mol，ρ_Al＝2.70g/cm³，M_Al＝26.98g/mol。

根据NiA1合金中Ni原子和A1原子的原子个数比以及式(i)、式(ii)和式 (iii)可理论计算得到h_Ni：h_Al的范围在1:1.04至1:1.83之间。

在标准大气压及室温环境下，Ni的原子百分含量在45～59％之间的成分 范围均在NiAl单相区中，本发明控制NiA1合金中Ni原子和A1原子的原 子个数比为45:55至59:41，该原子个数比落在NiA1合金的单相区中，可以 确保得到的NiAl合金复杂薄壁中空构件的成分均在单相区中，成分更加均 匀，防止构件不同部位性能差异。相较现有技术中强调Ni与Al原子比为1:1， 范围更宽，考虑了实际箔材原料的厚度偏差以及实验操作可能造成的一定影 响等，更便于操作及自动化生产。

得到Ni箔和A1箔的厚度比之后，本发明根据计算得到的Ni箔和A1 箔的厚度比，确定Ni箔和Al箔的实际厚度。在实际购买原料时，Ni箔和 Al箔均有不同厚度的材料，标准厚度的箔材原料(工业上大批量生产的)价 格便宜、而定制厚度的箔材原料价格贵。本发明优选根据实际情况，灵活选 择Ni箔和Al箔的实际厚度，两者的厚度比在计算的范围内即可。本发明优 选选择h_Ni：h_Al的范围在1:1.2至1:1.6之间为宜，以免实际箔材厚度略有偏 差或实际操作等影响，使得比例超出计算的范围。

确定Ni箔和Al箔的实际厚度后，本发明将所需Ni箔进行热处理，得 到热处理Ni箔。在本发明中，所述热处理的温度为600～800℃，优选为 650～750℃，更优选为670～720℃；所述热处理的时间为30～120min，优选为 40～100min，更优选为50～80min。在本发明中，所述热处理优选在真空条件 下进行，真空度优选为1.0×10^-1～1.0×10^-2Pa。纯Ni的屈服强度为纯Al的3～4 倍，本发明在600～800℃条件下，对Ni箔进行热处理30～120min，可以降低 Ni箔中位错等缺陷密度，从而降低Ni箔的屈服强度、提高延伸率，优化叠 层材料的变形均匀协调性，进而有利于得到壁厚均匀、性能优异的复杂薄壁 中空构件。

得到热处理Ni箔后，本发明将若干所述热处理Ni箔与A1箔交替堆叠， 如图1所示，然后将得到的叠层箔在厚度方向上一分为二，上面的为上叠层 箔，下面的为下叠层箔，所述上叠层箔和下叠层箔构成第一叠层箔；所述上 叠层箔和下叠层箔之间存在错位，将所述第一叠层箔分为重叠区和两个错层 区，如图2所示。

本发明对所述A1箔和Ni箔的形状没有特殊要求，根据最终成形的NiAl 合金复杂薄壁中空构件的形状选择合适的形状即可。在本发明的实施例中， 所述A1箔和Ni箔为梯形箔。本发明对所述热处理Ni箔与A1箔的总数量 没有特殊要求，可灵活调整，在2层以上即可。

在本发明中，所述交替堆叠后得到的叠层箔底层为热处理Ni箔，顶层 为Al箔，也可以底层和顶层都为热处理Ni箔。本发明优选底层和顶层均为 热处理Ni箔。当底层和顶层均为热处理Ni箔时，虽然Ni原子和A1原子的 原子个数比与理论原子个数比稍有偏差，但并不影响Ni原子和A1原子的原 子个数比落在NiA1合金的单相区中。

在本发明中，所述交替堆叠的厚度(重叠区厚度)根据NiAl合金复杂 薄壁中空构件的最终壁厚确定。具体的，可以通过简单的堆叠原料热压制实 验来确定；也可以建立拟合数据库等，后续再压制时，直接调用即可，根据 NiAl合金复杂薄壁中空构件的最终壁厚确定交替堆叠的厚度的过程为本领 域公知常识，这里不再赘述。在本发明中，所述NiAl合金复杂薄壁中空构 件的壁厚优选为1～3mm，更优选为1.5mm～2.5mm。

本发明优选通过移动上叠层箔和/或下叠层箔使得上叠层箔和下叠层箔 之间产生错位，将得到的第一叠层箔分为重叠区和两个错层区。本发明对所 述错位的方向和距离没有特殊要求，可根据构件实际形状及要求灵活设计。 在本发明中，所述上叠层箔和下叠层箔的厚度比优选为(0.8～1.2)：1。

得到第一叠层箔之后，本发明对所述第一叠层箔的重叠区进行压制(如 图2所示)，得到第二叠层箔。在本发明中，对所述第一叠层箔的重叠区进 行压制的条件优选包括：真空度为1.0×10^-3～5.0×10^-3Pa，温度为550～600℃， 压力为15～25MPa，压制时间为0.5～3h；所述真空度进一步优选为 2.0×10^-3～4.0×10^-3Pa，温度进一步优选为560～585℃，压力进一步优选为 17～23MPa，压制时间进一步优选为1～2.5h。本发明优选采用石墨模具进行 压制。

本发明通过控制所述压制的真空度为1.0×10^-3～5.0×10^-3Pa，可以充分去 除Ni箔和A1箔之间的气体，使得界面结合状态良好、不存在气孔，有利于 得到缺陷少、均匀性好的NiAl合金复杂薄壁中空构件。

完成所述压制后，本发明所述重叠区中的Ni箔和A1箔之间呈扩散冶金 结合，在二者之间形成过渡层，过渡层成分范围为Ni₂₅Al₇₅(原子百分比) 至Ni₆₀Al₄₀(原子百分比)之间，过渡层厚度为5～15μm。本发明在成形前对 第一叠层箔的重叠区进行压制，重叠区的Ni箔和A1箔之间可以形成扩散冶 金结合的重叠区叠层箔，相比于现有技术中不进行压制而直接成形，该叠层 箔在后续成形复杂薄壁中空构件时变形更均匀协调，不容易窜动和分层，成 形性能更好。

完成对所述重叠区的压制后，本发明得到的第二叠层箔包括在重叠区进 行压制后形成的重叠区叠层箔和位于两个错层区的两部分错层区叠层箔。本 领域技术人员可根据构件的具体形状对两部分错层区叠层箔选择不进行压 制或进行压制。

在本发明中，当最终成形的NiAl合金复杂薄壁中空构件的形状比较简 单(如没有小圆角)时，本发明可以对两部分错层区叠层箔进行压制，则得 到完整的扩散冶金结合的第二叠层箔。在本发明中，当需要对两部分错层区 叠层箔进行压制时，所述压制的条件与第一叠层箔重叠区的压制条件相同， 这里不再赘述。当最终成形的NiAl合金复杂薄壁中空构件的形状比较复杂 时，本发明在将对第二叠层箔压入下模具前不对两部分错层区叠层箔进行压 制，此时，图2中的错层区是分层的箔材原料，便于在后续成形过程中调整 (成形后，该错层区也会与搭接缝一起被再次压制，不影响使用性能)。

得到第二叠层箔之后，本发明使用内置模具将所述第二叠层箔压入下模 具中，然后将第二叠层箔的两个错层区绕过所述内置模具进行搭接，利用上 模具对搭接后的第二叠层箔进行压制，在上模具、下模具和内置模具的共同 作用下，实现搭接区域的连接，成形后取出，得到NiAl合金复杂薄壁中空 构件。

本发明对所述内置模具、上模具和下模具的具体形状没有特殊要求，本 领域技术人员可根据NiAl合金复杂薄壁中空构件的形状进行选择和设计。 在本发明中，所述内置模具可以为“整体式”，也可以为“分块组合式”，本领 域技术人员可根据NiAl合金复杂薄壁中空构件的形状尺寸，灵活设计制备 过程中所需的内置模具形状及分块方式等，便于获得复杂形状构件，并可方 便、快捷的脱模取出内置模具，效率高、易于批量生产。

在本发明中，所述上模具、下模具和内置模具的材质均优选为石墨，所 述石墨的强度优选为50～100MPa。本发明采用石墨材质的模具，具有价格低、 耐高温、易脱模的优点。

在本发明中，使用内置模具将所述第二叠层箔压入下模具的过程优选在 室温及标准大气压下完成。

本发明对两部分所述错层区叠层箔进行搭接的方式没有特殊要求，确保 搭接后两部分错层区叠层箔完全重合即可。对于复杂形状的构件，可以适当 增加箔材的尺寸，重合后将残余部分去除即可。

本发明用上模具对搭接后的第二叠层箔进行压制，在上模具、下模具和 内置模具的共同作用下，实现搭接区域的连接，成形后取出，得到NiAl合 金复杂薄壁中空构件。

在本发明中，对搭接后的第二叠层箔进行压制的条件优选包括：真空度 为1.0×10^-3～5.0×10^-3Pa，温度为550～600℃，压力为15～25MPa，压制时间为 0.5～3h；所述真空度进一步优选为2.0×10^-3～4.0×10^-3Pa，温度进一步优选为 560～585℃，压力进一步优选为17～23MPa，压制时间进一步优选为1～2.5h。 本发明通过控制成形时压制的真空度为1.0×10^-3～5.0×10^-3Pa，可以确保搭接 缝结合状态良好、不存在气孔。

本发明采用错层搭接的方式制备复杂薄壁中空构件，无需焊接，压制后 便可在构件中形成两条不在同一轴线位置处的搭接缝，在构件壁厚方向上， 两条搭接缝为“非贯通”性质，如图3所示；相比焊接方法形成的焊缝，可确 保搭接缝成分与构件其他部分成分一致，使用安全可靠性更高，壁厚均匀性 更好、构件精度高。

采用本发明的方法可成形截面形状变化大、截面周长变化大的NiAl合 金复杂薄壁中空构件。在本发明中，所述NiAl合金复杂薄壁中空构件的两 端面截面周长比可在1.5以上；所述NiAl合金复杂薄壁中空构件的两端截面 可以为不同形状，例如：一端截面为圆形，另一端截面为长方形。

下面结合实施例对本发明提供的NiAl合金复杂薄壁中空构件的成形方 法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

一种NiAl合金复杂薄壁中空构件制备成形方法，复杂薄壁中空构件的 结构如图4所示。其主要特点如下：(i)形状复杂，一端截面为圆形、另一 端截面为矩形、长度方向上线性过渡，即截面形状变化大；(ii)截面周长变 化大，矩形截面的周长是圆截面周长的2.0倍；(iii)壁厚小，壁厚范围在 1.0～2.5mm，即刚度弱、尺寸精度控制困难；(iv)壁厚均匀性要求高，壁厚 公差±0.2mm；(v)高温使用性能及安全可靠性要求高。上述特点说明采用 目前的成形方法，制造此类构件的难度极大。

成形方法步骤如下：

(1)理论计算NiA1合金单相区内h_Ni：h_Al的范围在1:1.04至1:1.83之 间，选取h_Ni：h_Al的数值为1:1.6(对应的原子个数比为48.6:51.4)，实际采 用的Ni箔60μm厚、Al箔100μm厚。在真空条件、700℃对Ni箔保温45min 完成热处理，得到热处理Ni箔。

(2)将14个热处理Ni箔与13个Al箔交替堆叠，总厚度2.1mm，制 备梯形叠层箔。梯形叠层箔用于后续成形本实施例中的复杂薄壁中空构件， 将梯形叠层箔在厚度方向上一分为二，形成上叠层箔和下叠层箔(上叠层箔 和下叠层箔的厚度比为1:1)，将上叠层箔和下叠层箔沿梯形两平行边方向错 位移动10mm(见图6的(b))，得到第一叠层箔，所述第一层叠箔分为重 叠区和两个错层区。采用石墨模具，在2.0×10^-3Pa、600℃、15MPa条件下， 对重叠区叠层箔压制2h，压制示意图如图6的(a)所示，得到第二叠层箔。 所述第二叠层箔包括重叠区叠层箔和位于两个错层区的上下两部分错层区 叠层箔(非重叠区域)。

(3)复杂薄壁中空构件制备：根据复杂构件的形状，设计出了内置压 制模具(图11的(a)，一端截面为圆形、尺寸与实际构件圆端尺寸相同； 一端截面为矩形、尺寸与实际构件矩形端尺寸相同、且矩形短边与实际构件 圆端直径相等)，模具材料选择高强石墨；设计了合适的下模具(高强石墨 材料)、以及上模具(高强石墨材料)，如图11的(b)所示。在室温及标准 大气压下使用内置模具先将第二叠层箔压入下模具中，将上下两部分所述错 层区叠层箔(非重叠区域)进行搭接，所述第二叠层箔中上、下两部分的错 层区叠层箔(非重叠区域)经上、下模具及内置模具的共同约束，在构件中 形成两条不在同一轴线位置处的“搭接缝”(图12的(a))。而后使用上模具 施加压力，在内置模具以及下模具的共同作用下，对错层区叠层箔(非重叠 区域)及搭接缝进行压制连接，具体的压制条件为：真空2.0×10^{- 3}Pa、温度 600℃、压力15MPa、压制时间2h。压制连接结束后，将内置模具从矩形端 方便、快捷的取出，即得到复杂薄壁中空构件(图12的(b))。

性能测试：

为了测试实施例1中第二叠层箔的性能，将14个热处理Ni箔(60μm 厚)与13个Al箔(100μm厚)交替堆叠，总厚度2.1mm，制备矩形叠层箔 用于观察微观组织、测试性能；矩形叠层箔(不错层，仅压制，压制条件同 实施例1的梯形层叠箔)的微观组织如图7所示，可见Ni箔与Al箔之间有 过渡层形成，结合界面平整、清晰，过渡层成分范围在Ni_26.6Al_73.4(原子百分比)至Ni_59.4Al_40.6(原子百分比)之间，过渡层厚度为8～11μm。矩形叠层 箔的拉伸测试曲线及断口照片分别如图8、9所示。其拉伸曲线特征与均质 材料相同，未出现台阶及层间剥离现象。室温拉伸的延伸率达到了19％，且 400℃、600℃的高温拉伸延伸率分别达到了24％和74％，说明对于大多数复 杂构件而言，可以在不超过400℃的温度下进行后续成形，即本发明可降低 成形温度100～200℃，也适用于极端复杂构件的成形(适当提高成形温度至 500～600℃)。从图9拉伸试件的断口照片可以看出，拉伸试件断裂后，断口 呈45度倾斜角整齐断裂，未出现层间剥离的破坏现象。为了评价叠层箔的 成形性能，对其进行了室温弯曲性能测试，如图10所示。选取了典型的小 圆角成形，作为评价叠层箔弯曲性能的方法，弯曲模具示意图如图10的(a) 所示。弯曲测试前矩形叠层箔尺寸为100mm×50mm×2.1mm(图10的(b))， 压头移动速率为50mm/min，矩形叠层箔由初始位置至贴模过程中压头位移为50mm。弯曲测试后，矩形叠层箔依然保持完好(图10的(c))，未见层 间出现剥离和断裂，成形性能良好，可以满足后续构件的制备要求。

对比例

为说明Ni箔热处理的必要性和优点，将实施例1中热处理后的Ni箔与 Al箔交替堆叠，然后压制制备叠层箔(不错层)，与实施例1的不同之处在 于压制时间为1h，得到叠层箔；在不同温度下，对叠层箔进行拉伸测试，应 变速率为1×10^-3s^-1，结果如图5的(A1)所示。为了对比，将未热处理的 Ni箔与Al箔在同样的条件下制备成叠层箔，拉伸测试条件等均相同，测试 结果如图5的(A2)所示。由图5可以看出：经过热处理的叠层箔的拉伸曲 线与均质材料相同，曲线平滑、叠层箔未出现分层破坏的现象，其室温拉伸 的延伸率达到了14％。对比的，未热处理的叠层箔料的拉伸曲线呈多级台阶 状，说明其发生了层间剥离、叠层箔在拉伸过程中分层严重。此外，未热处 理的叠层箔在室温至600℃温度范围内，拉伸延伸率均小于5％，说明成形 性能差。

由以上实施例可知，本发明提供了一种NiAl合金复杂薄壁中空构件的 成形方法，可成形截面形状变化大、截面周长变化大等复杂薄壁中空构件， 且壁厚均匀性好，成形均匀性好(缺陷少)，不需焊接、安全可靠性高，易 操作、易自动化生产，构件精度高，性能优异。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种NiAl合金复杂薄壁中空构件的成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据NiA1合金中Ni原子和A1原子的原子个数比，计算Ni箔和A1箔的厚度比；根据计算得到的Ni箔和A1箔的厚度比，确定Ni箔和Al箔的实际厚度；将所需Ni箔进行热处理，得到热处理Ni箔；所述热处理的温度为600～800℃，时间为30～120min；

(2)将若干所述热处理Ni箔与A1箔交替堆叠，然后将得到的叠层箔在厚度方向上一分为二，上面的为上叠层箔，下面的为下叠层箔，所述上叠层箔和下叠层箔构成第一叠层箔；所述上叠层箔和下叠层箔之间存在错位，将所述第一叠层箔分为重叠区和两个错层区；

(3)对所述第一叠层箔的重叠区进行压制，得到第二叠层箔；所述第二叠层箔包括在重叠区进行压制后形成的重叠区叠层箔和位于两个错层区的两部分错层区叠层箔；

(4)使用内置模具将所述第二叠层箔压入下模具中，然后将第二叠层箔的两个错层区绕过所述内置模具进行搭接，利用上模具对搭接后的第二叠层箔进行压制，在上模具、下模具和内置模具的共同作用下，实现搭接区域的连接，成形后取出，得到NiAl合金复杂薄壁中空构件。

2.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，在标准大气压和室温环境下，步骤(1)中所述NiA1合金中Ni原子和A1原子的原子个数比为45:55至59:41。

3.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，步骤(1)中所述热处理在真空条件下进行。

4.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，步骤(3)中，对所述第一叠层箔的重叠区进行压制的条件包括：真空度为1.0×10^-3～5.0×10^-3Pa，温度为550～600℃，压力为15～25MPa，压制时间为0.5～3h。

5.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，步骤(4)中，对搭接后的第二叠层箔进行压制的条件包括：真空度为1.0×10^-3～5.0×10^-3Pa，温度为550～600℃，压力为15～25MPa，压制时间为0.5～3h。

6.根据权利要求1或5所述的成形方法，其特征在于，步骤(4)中，使用内置模具将所述第二叠层箔压入下模具的过程在室温及标准大气压下完成。

7.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，将所述第二叠层箔压入下模具前，还包括对所述第二叠层箔的两部分错层区叠层箔进行压制。

8.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，所述NiAl合金复杂薄壁中空构件的壁厚为1～3mm。

9.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，所述NiAl合金复杂薄壁中空构件的两端面截面周长比在1.5以上。

10.根据权利要求1、8或9所述的成形方法，其特征在于，所述NiAl合金复杂薄壁中空构件的两端面为不同形状。

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