CN112372131A - 一种钛合金空心结构的扩散连接制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钛合金空心结构的扩散连接制备方法，包括以下步骤：加工钛合金预制坯，加工出两块对合成空心结构的钛合金预制坯；第一次包覆，采用分块式高温合金包覆模具包覆住两对合状态的钛合金预制坯；第二次包覆，采用低碳钢包套包覆住分块式高温合金包覆模具，然后对低碳钢包套依次进行封边焊、烘焙和真空封装；扩散连接，将低碳钢包套放入气体扩散炉中，对两钛合金预制坯进行扩散连接；成品加工，将扩散连接后的钛合金预制坯取出，加工出空心结构的成品工件。

Description

一种钛合金空心结构的扩散连接制备方法

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扩散连接制备方法。

背景技术

钛合金空心夹层结构可以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，这种方法具有工艺路径简单，对设备要求低，适用材料范围广等特点，在航空航天领域应用的比较多。

现有采用扩散连接方法制备钛合金及钛铝合金空心夹层结构存在以下的不足：

1、对模具要求高，长时间在高温高压作用下，模具会发生变形，使用一定次数后需要更换或者是重新加工；

2、对液压机设备要求高，随着尺寸和气压不断增大，压机的台面增加，所需要的吨位也大幅度增加；

3、制造效率存在不足，导致制造成本高；

4、在实现扩散连接时，通过模具型面保证其加载均匀性，当模具使用次数较多时会发生变形，导致加载不均匀，直接影响扩散连接界面连接质量。

因此，发明人提供了钛合金空心结构的扩散连接制备方法。

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扩散连接制备方法，通过采用分块式高温合金包覆模具实现扩散连接，通过将分块式高温合金包覆模具将需要扩散连接的钛合金预制坯包覆起来，然后在分块式高温合金包覆模具外面再包覆一层低碳钢包套，经过真空封装后，放入气体扩散炉或热等静压炉中施加气压，在气压作用下，驱动未受限制的分块式高温合金包覆模具，通过分块式高温合金包覆模具将压力作用在钛合金预制坯的表面，实现两钛合金预制坯之间的扩散连接，解决了对模具要求高、液压机设备要求高、制造效率存在不足、连接质量的技术问题。

(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扩散连接制备方法，包括以下步骤：

加工钛合金预制坯，加工出两块对合成空心结构的钛合金预制坯；

第一次包覆，采用分块式高温合金包覆模具包覆住两对合状态的钛合金预制坯；

第二次包覆，采用低碳钢包套包覆住分块式高温合金包覆模具，然后对低碳钢包套依次进行封边焊、烘焙和真空封装；

扩散连接，将低碳钢包套放入气体扩散炉中，对两钛合金预制坯进行扩散连接；

成品加工，将扩散连接后的钛合金预制坯取出，加工出空心结构的成品工件。

进一步地，扩散连接步骤中，扩散连接工艺参数为：温度900℃～930℃、压力1.5MPa～3MPa、工作时间1h～2h。

进一步地，第一次包覆步骤中，所述分块式高温合金包覆模具和两对合状态的钛合金预制坯紧密贴合；

第二次包覆步骤中，所述低碳钢包套和分块式高温合金包覆模具紧密贴合。

进一步地，加工钛合金预制坯步骤中，加工出两块对合的钛合金预制坯后，对两钛合金预制坯进行酸洗，去除钛合金预制坯表面的污垢和氧化皮。

进一步地，所述分块式高温合金包覆模具包括上模具板、下模具板和四块侧模具板；

步骤第一次包覆中，采用上模具板、下模具板和四块侧模具板依次包覆住两对合状态的钛合金预制坯；

其中，所述上模具板的投影面和一钛合金预制坯顶面的投影面重合，所述下模具板的投影面和另一钛合金预制坯顶面的投影面重合。

进一步地，所述低碳钢包套包括上盖板、下盖板和上下为开口的一体式侧面低碳钢套筒；

步骤第二次包覆中，采用侧面低碳钢套筒套住分块式高温合金包覆模具，然后分别将上盖板、下盖板封闭侧面低碳钢套筒，然后依次分别对上盖板、下盖板和侧面低碳钢套筒之间进行封边焊、烘焙和真空封装。

(3)有益效果

综上，本发明实施例的钛合金空心结构的扩散连接制备方法，为了解决现有扩散连接工艺制备钛合金空心夹层结构存在的问题，提出了采用分块式高温合金包覆模具实现扩散连接，通过将分块式高温合金包覆模具将需要扩散连接的钛合金预制坯包覆起来，然后在分块式高温合金包覆模具外面再包覆一层低碳钢包套，经过真空封装后，放入气体扩散炉或热等静压炉中施加气压，在气压作用下，驱动未受限制的分块式高温合金包覆模具，通过分块式高温合金包覆模具将压力作用在钛合金预制坯的表面，实现两钛合金预制坯之间的扩散连接。该方法可以实现对钛合金预制坯的精确加压，其施加的扩散连接压力，即是气体扩散连接的压力。可以精确地控制钛合金预制坯的扩散连接压力。能够形成在扩散连接过程中，钛合金预制坯也不会发生变形，对分块式高温合金包覆模具的要求低，损伤小，不容易发生变形，使用寿命长，适用于批量制备空心结构的成品工件，具有高性能、高效率、低成本的特点。

不需要大吨位的液压机，只需要一台气体扩散炉即可，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，制造多个成品工件零件，制造效率大大提高。

通过气压加载实现两钛合金预制坯之间的扩散连接，扩散连接质量均匀，保证了空心结构的成品工件的使用性能。

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是本发明实施例的钛合金预制坯的结构示意图。

图2是本发明实施例中分块式高温合金包覆模具包覆钛合金预制坯的结构示意图(未盖上模具板)。

图3是本发明实施例中分块式高温合金包覆模具包覆钛合金预制坯的结构示意图(已盖上模具板)。

图4为本发明实施例中低碳钢包套包覆住分块式高温合金包覆模具的结构示意图(未盖上盖板)。

图中：

1-钛合金预制坯；2-分块式高温合金包覆模具；21-上模具板；3-低碳钢包套。

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4，一种钛合金空心结构的扩散连接制备方法，包括以下步骤：

加工钛合金预制坯1，加工出两块对合成空心结构的钛合金预制坯1；

第一次包覆，采用分块式高温合金包覆模具2包覆住两对合状态的钛合金预制坯1；

第二次包覆，采用低碳钢包套3包覆住分块式高温合金包覆模具2，然后对低碳钢包套3依次进行封边焊、烘焙和真空封装；

扩散连接，将低碳钢包套3放入气体扩散炉中，对两钛合金预制坯1进行扩散连接；

成品加工，将扩散连接后的钛合金预制坯1取出，加工出空心结构的成品工件。

本实施例的钛合金空心结构的扩散连接制备方法，为了解决现有扩散连接工艺制备钛合金空心夹层结构存在的问题，提出了采用分块式高温合金包覆模具实现扩散连接，通过将分块式高温合金包覆模具2将需要扩散连接的钛合金预制坯1包覆起来，然后在分块式高温合金包覆模具2外面再包覆一层低碳钢包套3，经过真空封装后，放入气体扩散炉或热等静压炉中施加气压，在气压作用下，驱动未受限制的分块式高温合金包覆模具2，通过分块式高温合金包覆模具2将压力作用在钛合金预制坯1的表面，实现两钛合金预制坯1之间的扩散连接。该方法可以实现对钛合金预制坯1的精确加压，其施加的扩散连接压力，即是气体扩散连接的压力。可以精确地控制钛合金预制坯1的扩散连接压力。能够形成在扩散连接过程中，钛合金预制坯1也不会发生变形，对分块式高温合金包覆模具2的要求低，损伤小，不容易发生变形，使用寿命长，适用于批量制备空心结构的成品工件，具有高性能、高效率、低成本的特点。

不需要大吨位的液压机，只需要一台气体扩散炉即可，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。

通过气压加载实现两钛合金预制坯1之间的扩散连接，扩散连接质量均匀，保证了空心结构的成品工件的使用性能。

具体的，钛合金预制坯1为TC4钛合金预制坯1。

本实施例中作为上述技术方案的进一步改进，扩散连接步骤中，扩散连接工艺参数为：温度900℃～930℃、压力1.5MPa～3MPa、工作时间1h～2h。能够保证更好的焊接效果。

本实施例中作为上述技术方案的进一步改进，第一次包覆步骤中，所述分块式高温合金包覆模具2和两对合状态的钛合金预制坯1紧密贴合；分块式高温合金包覆模具2和两对合状态的钛合金预制坯1紧密贴合，受到各向等静压力，分块式高温合金包覆模具2和钛合金预制坯1都不会发生变形，对分块式高温合金包覆模具2损害小，可以长时间使用，对材料的要求也不高。成形后的钛合金预制坯1变形较小，后续加工量小。

第二次包覆步骤中，所述低碳钢包套3和分块式高温合金包覆模具2紧密贴合。具体的，钛合金预制坯1为一侧部为开口的箱体结构，两钛合金预制坯1对合后形成第一方块箱体结构。分块式高温合金包覆模具2为第二方块箱体结构，分块式高温合金包覆模具2由上模具板21、下模具板(图中未显示)和四块侧模具板(图中未标记)组成。步骤第一次包覆中，采用上模具板21、下模具板和四块侧模具板依次包覆住两对合状态的钛合金预制坯；其中，所述上模具板的投影面和一钛合金预制坯顶面的投影面重合，所述下模具板的投影面和另一钛合金预制坯顶面的投影面重合。将上模具板21、下模具板和四块侧模具板组合在一起后，既可以将对合成空心结构的钛合金预制坯1完全包覆。当低碳钢包套3表面的气体压力传递到上模具板21、下模具板和四块侧模具板上时，由于分块式高温合金包覆模具2是分块的，气体可以通过驱动未受限制的高温合金包覆模具，均匀地传递到内部的对合成空心结构的钛合金预制坯1的上表面、下表面和侧面，实现两块对合成空心结构的钛合金预制坯1的接触界面的扩散连接，制备出整体的空心钛合金结构件。

低碳钢包套3为第三方块箱体结构，也包括了包括上盖板、下盖板和上下为开口的一体式侧面低碳钢套筒，步骤第二次包覆中，采用侧面低碳钢套筒套住分块式高温合金包覆模具，然后分别将上盖板、下盖板封闭侧面低碳钢套筒，然后依次分别对上盖板、下盖板和侧面低碳钢套筒之间进行封边焊、烘焙和真空封装。

本实施例中作为上述技术方案的进一步改进，加工钛合金预制坯1步骤中，加工出两块对合的钛合金预制坯1后，对两钛合金预制坯1进行酸洗，去除钛合金预制坯1表面的污垢和氧化皮。能够使两钛合金预制坯1扩散连接的效果更好。

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扩散连接制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

加工钛合金预制坯，加工出两块对合成空心结构的钛合金预制坯；

第一次包覆，采用分块式高温合金包覆模具包覆住两对合状态的钛合金预制坯；

第二次包覆，采用低碳钢包套包覆住分块式高温合金包覆模具，然后对低碳钢包套依次进行封边焊、烘焙和真空封装；

扩散连接，将低碳钢包套放入气体扩散炉中，对两钛合金预制坯进行扩散连接；

成品加工，将扩散连接后的钛合金预制坯取出，加工出空心结构的成品工件。

2.根据权利要求1所述的钛合金空心结构的扩散连接制备方法，其特征在于，扩散连接步骤中，扩散连接工艺参数为：温度900℃～930℃。

3.根据权利要求1所述的钛合金空心结构的扩散连接制备方法，其特征在于，扩散连接步骤中，扩散连接工艺参数为：压力1.5MPa～3MPa。

4.根据权利要求1所述的钛合金空心结构的扩散连接制备方法，其特征在于，扩散连接步骤中，扩散连接工艺参数为：工作时间1h～2h。

5.根据权利要求1所述的钛合金空心结构的扩散连接制备方法，其特征在于，第一次包覆步骤中，所述分块式高温合金包覆模具和两对合状态的钛合金预制坯紧密贴合。

6.根据权利要求5所述的钛合金空心结构的扩散连接制备方法，其特征在于，第二次包覆步骤中，所述低碳钢包套和分块式高温合金包覆模具紧密贴合。

7.根据权利要求1所述的钛合金空心结构的扩散连接制备方法，其特征在于，加工钛合金预制坯步骤中，加工出两块对合的钛合金预制坯后，对两钛合金预制坯进行酸洗，去除钛合金预制坯表面的污垢和氧化皮。

8.根据权利要求1所述的钛合金空心结构的扩散连接制备方法，其特征在于，两钛合金预制坯对合后形成第一方块箱体结构，所述分块式高温合金包覆模具为第二方块箱体结构，所述低碳钢包套为第三方块箱体结构。

9.根据权利要求1至8任一项所述的钛合金空心结构的扩散连接制备方法，其特征在于，所述分块式高温合金包覆模具包括上模具板、下模具板和四块侧模具板；

步骤第一次包覆中，采用上模具板、下模具板和四块侧模具板依次包覆住两对合状态的钛合金预制坯；

其中，所述上模具板的投影面和一钛合金预制坯顶面的投影面重合，所述下模具板的投影面和另一钛合金预制坯顶面的投影面重合。

10.根据权利要求1至8任一项所述的钛合金空心结构的扩散连接制备方法，其特征在于，所述低碳钢包套包括上盖板、下盖板和上下为开口的一体式侧面低碳钢套筒；

步骤第二次包覆中，采用侧面低碳钢套筒套住分块式高温合金包覆模具，然后分别将上盖板、下盖板封闭侧面低碳钢套筒，然后依次分别对上盖板、下盖板和侧面低碳钢套筒之间进行封边焊、烘焙和真空封装。

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