CN112372130A - 一种钛合金空心结构的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钛合金空心结构的制备方法，包括以下步骤：加工原材料，加工出钛合金板块、钛合金填充板和钛合金盖板，在钛合金板块的一面加工出多个镂空腔室；所述钛合金盖板的形状和钛合金板块具有镂空腔室的一面相适应；装填充板，将各钛合金填充板放入对应的镂空腔室内，并使各钛合金填充板与镂空腔室的上表面平齐，然后将各钛合金填充板和各镂空腔室通过焊接连接；装钛合金盖板，将钛合金盖板盖在钛合金板块具有镂空腔室的一面，并将钛合金盖板和钛合金板块依次进行封边焊、烘焙、真空封装形成预制坯；扩散连接，将预制坯放入气体扩散炉或热等静压炉中进行扩散连接；机加工，通过机加工制备成成品零件。本发明应用于钛合金制造技术领域。

Description

一种钛合金空心结构的制备方法
技术领域
本发明涉及钛合金制造技术领域，特别是涉及一种钛合金空心结构的制备方法。
背景技术
钛合金空心夹层结构的制备方法有超塑成形/扩散连接工艺、对开结构扩散连接等方法。其中，超塑成形/扩散连接方法可以采用三层、四层结构，在一个或两个热循环中，制备出钛合金空心结构。对开结构扩散连接方法通过将两件分为对开的两半，然后扩散连接的方法来实现制备。
现有采用钛合金空心结构的制备方法存在以下的不足：
1、无论是超塑成形/扩散连接工艺，还是对开结构扩散连接方案，一般都需要采用高温合金模具，由于成形过程压力较高，对模具要求较高；
2、在成形时，为了实现超塑成形和扩散连接，需要大吨位的热压机，加热到较高温度，施加较大的压力，对设备的加热温度和吨位要求较高，零件尺寸越大，设备吨位越高；
3、在超塑成形/扩散连接工艺制备四层夹层结构时，存在成形的筋条厚度不均匀、成形高度受材料超塑成形极限限制、内层和外侧之间扩散连接质量稳定性等问题。
因此，发明人提供了一种钛合金空心结构的制备方法。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明实施例提供了一种钛合金空心结构的制备方法，通过预制坯放入气体扩散炉或热等静压炉中进行扩散连接，直接成形出具有一定外形的预制坯，解决了对模具要求较高、对设备的加热温度和吨位要求较高、对设备的加热温度和吨位要求较高的技术问题。
(2)技术方案
第一方面，本发明的实施例提出了一种钛合金空心结构的制备方法，包括以下步骤：
加工原材料，加工出钛合金板块、钛合金填充板和钛合金盖板，在钛合金板块的一面加工出多个镂空腔室，任意相邻的镂空腔室之间通过筋条隔开，任意相邻的镂空腔室通过筋条上的第一气孔相连通，所述钛合金板块的侧面表面上设有至少一个第二气孔，相互连通的镂空腔室通过第二气孔与外界连通；所述钛合金填充板的数量和镂空腔室的数量相等且一一对应；所述钛合金盖板的形状和钛合金板块具有镂空腔室的一面相适应；
装填充板，将各钛合金填充板放入对应的镂空腔室内，并使各钛合金填充板与镂空腔室的上表面平齐，然后将各钛合金填充板和各镂空腔室通过焊接连接；
装钛合金盖板，将钛合金盖板盖在钛合金板块具有镂空腔室的一面，在钛合金盖板和钛合金板块之间接缝的某一位置焊接抽气管，所述抽气管与第二气孔不在同一位置，并将钛合金盖板和钛合金板块依次进行封边焊、烘焙、真空封装形成预制坯；
扩散连接，将预制坯放入气体扩散炉或热等静压炉中进行扩散连接；
机加工，将扩散连接后的预制坯通过机加工制备成成品零件。
进一步地，步骤加工原材料中，将钛合金填充板进行酸洗。
进一步地，将钛合金填充板进行酸洗。
进一步地，将钛合金盖板进行酸洗。
进一步地，步骤装填充板中，将各钛合金板块和各镂空腔室通过氩弧焊、冷焊、激光焊、电子束焊中的一种焊接连接。
进一步地，步骤扩散连接中，扩散连接工艺参数包括：900℃～930℃。
进一步地，步骤扩散连接中，扩散连接工艺参数还包括：1.5MPa～10MPa。
进一步地，步骤扩散连接中，扩散连接工艺参数还包括：1h～2h。
进一步地，步骤加工原材料中，所述筋条包括筋本体，任意相邻的镂空腔室之间通过筋本体隔开，所述筋本体的顶部朝两侧分别延伸出挡筋。
进一步地，所述挡筋和筋本体之间的角部倒有圆角。
(3)有益效果
综上，本发明的钛合金空心结构的制备方法，通过取消高温合金扩散连接模具，不采用液压机进行成形，而是将预制坯放入到热等静压炉或气体扩散炉中，直接成形出具有一定外形的预制坯，然后通过数控加工出零件的外形轮廓。这种方法的基本理念就是，取消扩散连接加压模具，而是利用气压实现扩散连接，利用经过真空封装后的预制坯在外表面和内腔的内表面同时施加气压加载，面板不会发生塌陷，直接热等静压成形出预制坯，然后通过后续的数控加工出外型面。
本发明的钛合金空心结构的制备方法具有以下优点：
1、不采用高温合金的扩散连接模具；
2、不需要大吨位的液压机，只需要一台气体扩散炉既可，其中施加的气压值与零件的尺寸无关，根据零件尺寸、气体扩散炉炉腔尺寸可以一个热循环，制造多个零件，制造效率大大提高；
3、通过热等静压或者是气体扩散炉加载实现组件之间的扩散连接，扩散连接质量均匀，保证了结构件的使用性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例钛合金板块的结构示意图。
图2是本发明实施例钛合金盖板的结构示意图。
图3是本发明实施例钛合金板块和钛合金填充板的连接关系图。
图4为本发明实施例筋条的结构示意图。
图5为钛合金盖板的结构示意图。
图6为沿着抽气管方向观察到的焊接后的预制坯视图。
图中：
1-钛合金板块；2-钛合金填充板；3-钛合金盖板；4-镂空腔室；5-筋条；51-筋条本体；52-挡筋；53-第一气孔；54-第二气孔；6-抽气管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参照图1至图6，一种钛合金空心结构的制备方法，包括以下步骤：
加工原材料，加工出钛合金板块1、钛合金填充板2和钛合金盖板3，在钛合金板块1的一面加工出多个镂空腔室4，任意相邻的镂空腔室4之间通过筋条5隔开，任意相邻的镂空腔室4通过筋条5上的第一气孔53相连通，所述钛合金板块1的侧面表面上设有至少一个第二气孔54，相互连通的镂空腔室通过第二气孔54与外界连通；所述钛合金填充板2的数量和镂空腔室4的数量相等且一一对应；所述钛合金盖板3的形状和钛合金板块1具有镂空腔室4的一面相适应；
装填充板，将各钛合金填充板2放入对应的镂空腔室4内，并使各钛合金填充板2与镂空腔室4的上表面平齐，然后将各钛合金板块1和各镂空腔室4通过焊接连接；
装钛合金盖板3，将钛合金盖板3盖在钛合金板块1具有镂空腔室4的一面，在钛合金盖板3和钛合金板块1之间接缝的某一位置焊接抽气管6，所述抽气管6与第二气孔54不在同一位置，并将钛合金盖板3和钛合金板块1依次进行封边焊、烘焙、真空封装形成预制坯；
扩散连接，将预制坯放入气体扩散炉或热等静压炉中进行扩散连接；
机加工，将扩散连接后的预制坯通过机加工制备成成品零件。
具体的，钛合金板块1、钛合金填充板2和钛合金盖板3可以是钛合金或钛铝合金材质。步骤机加工中采用数控加工将扩散连接后的预制坯制备成成品零件。
本实施例的钛合金空心结构的制备方法，通过取消高温合金扩散连接模具，不采用液压机进行成形，而是将预制坯放入到热等静压炉或气体扩散炉中，直接成形出具有一定外形的预制坯，然后通过数控加工出零件的外形轮廓。这种方法的基本理念就是，取消扩散连接加压模具，而是利用气压实现扩散连接，利用经过真空封装后的预制坯在外表面和内腔的内表面同时施加气压加载，面板不会发生塌陷，直接热等静压成形出预制坯，然后通过后续的数控加工出外型面。
本实施例的钛合金空心结构的制备方法具有以下优点：
1、不采用高温合金的扩散连接模具；
2、不需要大吨位的液压机，只需要一台气体扩散炉既可，其中施加的气压值与零件的尺寸无关，根据零件尺寸、气体扩散炉炉腔尺寸可以一个热循环，制造多个零件，制造效率大大提高；
3、通过热等静压或者是气体扩散炉加载实现组件之间的扩散连接，扩散连接质量均匀，保证了结构件的使用性能。
本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，步骤加工原材料中，将钛合金填充板2进行酸洗，用于去除钛合金板块1表面的污垢和氧化皮。
本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，将钛合金填充板2进行酸洗，去除钛合金填充板2表面的污垢和氧化皮。
本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，将钛合金盖板3进行酸洗，去除钛合金盖板3表面的污垢和氧化皮。
本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，步骤装填充板中，将各钛合金板块1和各镂空腔室4通过氩弧焊、冷焊、激光焊、电子束焊中的一种焊接连接。焊接方便，连接牢固。
本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，步骤扩散连接中，扩散连接工艺参数包括：900℃～930℃。
本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，步骤扩散连接中，扩散连接工艺参数还包括：1.5MPa～10MPa。
本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，步骤扩散连接中，扩散连接工艺参数还包括：1h～2h。具体的，扩散连接工艺参数为900℃～930℃/5MPa/2h。
本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，其特征在于，步骤加工原材料中，所述筋条5包括筋本体51，任意相邻的镂空腔室4之间通过筋本体51隔开，所述筋本体51的顶部朝两侧分别延伸出挡筋52。通过筋本体51能够的隔开，形成了多个镂空腔室4，通过挡筋52能够对镂空腔室4中的钛合金填充板2形成一定的固定作用，使钛合金填充2和镂空腔室4之间的连接更加紧密、牢固。
本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，所述挡筋52和筋本体51之间的角部倒有圆角，使钛合金填充板2和镂空腔室4之间的角部位置形成连续的接触，使钛合金填充板2和镂空腔室4之间的接触、连接更加紧密、牢固。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种钛合金空心结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
加工原材料，加工出钛合金板块、钛合金填充板和钛合金盖板，在钛合金板块的一面加工出多个镂空腔室，任意相邻的镂空腔室之间通过筋条隔开，任意相邻的镂空腔室通过筋条上的第一气孔相连通，所述钛合金板块的侧面表面上设有至少一个第二气孔，相互连通的镂空腔室通过第二气孔与外界连通；所述钛合金填充板的数量和镂空腔室的数量相等且一一对应；所述钛合金盖板的形状和钛合金板块具有镂空腔室的一面相适应；
装填充板，将各钛合金填充板放入对应的镂空腔室内，并使各钛合金填充板与镂空腔室的上表面平齐，然后将各钛合金填充板和各镂空腔室通过焊接连接；
装钛合金盖板，将钛合金盖板盖在钛合金板块具有镂空腔室的一面，在钛合金盖板和钛合金板块之间接缝的某一位置焊接抽气管，所述抽气管与第二气孔不在同一位置，并将钛合金盖板和钛合金板块依次进行封边焊、烘焙、真空封装形成预制坯；
扩散连接，将预制坯放入气体扩散炉或热等静压炉中进行扩散连接；
机加工，将扩散连接后的预制坯通过机加工制备成成品零件。
2.根据权利要求1所述的钛合金空心结构的制备方法，其特征在于，步骤加工原材料中，将钛合金板块进行酸洗。
3.根据权利要求1所述的钛合金空心结构的制备方法，其特征在于，将钛合金填充板进行酸洗。
4.根据权利要求1所述的钛合金空心结构的制备方法，其特征在于，将钛合金盖板进行酸洗。
5.根据权利要求1所述的钛合金空心结构的制备方法，其特征在于，步骤装填充板中，将各钛合金填充板和各镂空腔室通过氩弧焊、冷焊、激光焊、电子束焊中的一种焊接连接。
6.根据权利要求1所述的钛合金空心结构的制备方法，其特征在于，步骤扩散连接中，扩散连接工艺参数包括：900℃～930℃。
7.根据权利要求1所述的钛合金空心结构的制备方法，其特征在于，步骤扩散连接中，扩散连接工艺参数还包括：1.5MPa～10MPa。
8.根据权利要求1所述的钛合金空心结构的制备方法，其特征在于，步骤扩散连接中，扩散连接工艺参数还包括：1h～2h。
9.根据权利要求1至8任一项所述的钛合金空心结构的制备方法，其特征在于，步骤加工原材料中，所述筋条包括筋本体，任意相邻的镂空腔室之间通过筋本体隔开，所述筋本体的顶部朝两侧分别延伸出挡筋。
10.根据权利要求9所述的钛合金空心结构的制备方法，其特征在于，所述挡筋和筋本体之间的角部倒有圆角。
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