RU2570714C2 - Packet for manufacturing hollow multilayer cellular article by method of diffusion welding and superplastic moulding - Google Patents
Packet for manufacturing hollow multilayer cellular article by method of diffusion welding and superplastic moulding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2570714C2 RU2570714C2 RU2014107408/02A RU2014107408A RU2570714C2 RU 2570714 C2 RU2570714 C2 RU 2570714C2 RU 2014107408/02 A RU2014107408/02 A RU 2014107408/02A RU 2014107408 A RU2014107408 A RU 2014107408A RU 2570714 C2 RU2570714 C2 RU 2570714C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diffusion
- package
- working cavity
- cavity
- superplastic
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано в авиационном двигателестроении при изготовлении полых многослойных ячеистых изделий, в частности рабочих лопаток вентилятора турбомашины способом диффузионной сварки и сверхпластической формовки.The invention relates to the field of metal forming and can be used in aircraft engine manufacturing in the manufacture of hollow multi-layer cellular products, in particular rotor blades of a turbomachine fan by diffusion welding and superplastic molding.
Диффузионная сварка представляет собой способ получения неразъемного соединения путем совмещения свариваемых поверхностей, нагрева их до высокой (~0,4 Тпл) температуры и последующей выдержки под определенным давлением в течение некоторого времени. Соединение поверхностей при этом происходит вследствие образования физической связи между атомами свариваемых поверхностей и последующего развития атомной диффузии через границу раздела, что позволяет обеспечить его высокую прочность в результате того, что в зоне соединения после сварки сохраняется микроструктура основного материала.Diffusion welding is a method of obtaining an indispensable connection by combining the surfaces to be welded, heating them to a high (~ 0.4 Tm) temperature and then holding it under a certain pressure for some time. The connection of the surfaces in this case occurs due to the formation of a physical bond between the atoms of the surfaces to be welded and the subsequent development of atomic diffusion across the interface, which ensures its high strength due to the fact that the microstructure of the base material is preserved in the joint zone after welding.
Таким образом, очевидно, что качество сварного соединения зависит не только от параметров диффузионной сварки - температуры, глубины вакуума, рабочего давления и времени процесса, но и от параметров исходной микроструктуры свариваемого материала, от состояния соединяемой поверхности - степени ее загрязнения, наличия окисных пленок, а также от микрогеометрии рельефа.Thus, it is obvious that the quality of the welded joint depends not only on the parameters of diffusion welding - temperature, vacuum depth, working pressure and process time, but also on the parameters of the initial microstructure of the material being welded, on the state of the joined surface - the degree of contamination, the presence of oxide films, as well as from microgeometry of the relief.
Большое значение при диффузионной сварке имеет чистота соединяемых поверхностей, а также возможность устранения источников их загрязнения при нагреве и приложении рабочего давления.In diffusion welding, the cleanliness of the surfaces to be joined is of great importance, as well as the possibility of eliminating the sources of their contamination by heating and applying working pressure.
Диффузионная сварка осуществляется в вакууме глубиной ~103 Па. Считается, что состав газа остаточного давления при температуре сварки для большинства материалов является восстановительной средой, которая способствует дополнительной очистке соединяемой поверхности от продуктов разложения загрязнителей.Diffusion welding is carried out in vacuum with a depth of ~ 10 3 Pa. It is believed that the composition of the residual pressure gas at the welding temperature for most materials is a reducing medium, which contributes to the additional cleaning of the joined surface from the decomposition products of pollutants.
При получении полых многослойных ячеистых изделий методом диффузионной сварки и сверхпластической формовки используют антидиффузионные покрытия, предотвращающие сварку отдельных участков поверхностей заготовок пакета, одна из которых впоследствии при формовке образует внутреннюю структуру изделия.Upon receipt of hollow multilayer cellular products by diffusion welding and superplastic molding, anti-diffusion coatings are used to prevent welding of individual sections of the surfaces of the package blanks, one of which subsequently forms the internal structure of the product during molding.
Антидиффузионные покрытия, нанесенные на заранее определенные участки, которые не должны быть соединены при диффузионной сварке, состоят из связующего - обычно органического вещества и наполнителя в виде порошка мелкой фракции, например керамического жаропрочного материала (оксида иттрия, оксида алюминия, или нитрида бора). Связующее вещество антидиффузионного покрытия при нагреве полностью разлагается с образованием газообразных продуктов разложения. При этом остается только порошок антидиффузионного вещества, состоящий из частиц, обладающих антиадгезионными свойствами, которые препятствуют образованию физической связи и развитию последующей диффузии атомов материала через границу раздела поверхностей свариваемых объектов.Anti-diffusion coatings applied to predetermined areas that should not be joined during diffusion welding consist of a binder - usually an organic substance and a filler in the form of a fine powder, for example, ceramic refractory material (yttrium oxide, aluminum oxide, or boron nitride). When heated, the anti-diffusion coating binder decomposes completely with the formation of gaseous decomposition products. In this case, only the powder of the anti-diffusion substance remains, consisting of particles having anti-adhesive properties that prevent the formation of a physical bond and the development of subsequent diffusion of atoms of the material through the interface of the surfaces of the welded objects.
Процесс разложения связующего вещества происходит в интервале температур 200°C…400°C. При этом образующиеся газообразные продукты в той или иной степени, в зависимости от химической чистоты и химического состава компонентов, загрязняют свариваемые поверхности. Кроме того, образующийся газ может попадать в своеобразные ловушки в процессе схлопывания свариваемых поверхностей под воздействием сварочного давления, с одновременным формированием в зоне соединения замкнутых полостей, подобно газовым пузырькам, которые оказывают негативное влияние на прочность получаемого диффузионного соединения.The process of decomposition of the binder occurs in the temperature range 200 ° C ... 400 ° C. At the same time, the resulting gaseous products to one degree or another, depending on the chemical purity and chemical composition of the components, pollute the surfaces to be welded. In addition, the generated gas can fall into peculiar traps during the collapse of the welded surfaces under the influence of welding pressure, with the formation of closed cavities in the joint zone, like gas bubbles, which negatively affect the strength of the resulting diffusion joint.
Таким образом, необходимость удаления остаточных продуктов разложения антидиффузионного покрытия очевидна.Thus, the need to remove residual decomposition products of the anti-diffusion coating is obvious.
Следует отметить, что после разложения связующего вещества антидиффузионного покрытия адгезионные связи между частицами порошка ослабевают, также ослабевает и адгезионная связь между частицами порошка и участками поверхности, на которую наносится антидиффузионное покрытие. В результате чего порошок может осыпаться под воздействием внешних факторов и попадать на свариваемые участки в результате малейшего внешнего механического воздействия на свариваемый пакет.It should be noted that after decomposition of the binder of the anti-diffusion coating, the adhesive bonds between the powder particles weaken, and the adhesive bond between the powder particles and the surface areas on which the anti-diffusion coating is applied also weakens. As a result, the powder can crumble under the influence of external factors and fall on the welded areas as a result of the slightest external mechanical impact on the welded package.
Следовательно, устранение газообразных и иных источников загрязнения со свариваемых поверхностей при подготовке к диффузионной сварке и в процессе ее выполнения имеет большое значение для получения качественного диффузионного соединения при изготовлении полых многослойных ячеистых изделий.Therefore, the elimination of gaseous and other sources of pollution from the surfaces to be welded in preparation for diffusion welding and in the process of its implementation is of great importance for obtaining high-quality diffusion joints in the manufacture of hollow multilayer cellular products.
Другим, не менее важным фактором, влияющим на получение качественных полых многослойных ячеистых изделий, является разнотолщинность внутренних силовых элементов, которая устраняется за счет создания благоприятных условий для развития равномерного пластического течения материала средней заготовки, формирующей внутреннюю ячеистую структуру изделия в процессе сверхпластической формовки пакета.Another equally important factor affecting the production of high-quality hollow multilayer cellular products is the thickness variation of the internal strength elements, which is eliminated by creating favorable conditions for the development of a uniform plastic flow of the material of the middle workpiece, which forms the internal cellular structure of the product during the superplastic forming of the bag.
Практика изготовления полых многослойных ячеистых изделий, таких как полая лопатка турбомашины, показала - максимальная пластическая деформация при формовке лежит в пределах ~50…250% и возникает во внутренних силовых элементах, образованных средней заготовкой. В некоторых случаях может наблюдаться высокая степень неравномерности распределения ее величины в деформируемой части средней заготовки пакета. При этом разница минимальных и максимальных значений деформации достигает величины 1,5…2,0 раза. На эту же величину уменьшается и толщина внутренних силовых элементов полого изделия. Важно отметить, что участки внутренних силовых элементов с минимальной толщиной располагаются в области соединения элементов полого изделия друг с другом, т.е. там, где значения напряжений от действия эксплуатационных нагрузок максимальны. Это приводит к значительному снижению показателя удельной прочности изделия в целом.The practice of manufacturing hollow multilayer cellular products, such as a hollow blade of a turbomachine, showed that the maximum plastic deformation during molding lies in the range of ~ 50 ... 250% and occurs in the internal strength elements formed by the middle workpiece. In some cases, a high degree of uneven distribution of its value in the deformable part of the middle package blank can be observed. In this case, the difference between the minimum and maximum values of the deformation reaches a value of 1.5 ... 2.0 times. The thickness of the internal strength elements of the hollow article decreases by the same amount. It is important to note that sections of internal power elements with a minimum thickness are located in the area of connection of the elements of the hollow product with each other, i.e. where the stress values from the action of operational loads are maximum. This leads to a significant decrease in the specific strength indicator of the product as a whole.
Поэтому обеспечение равномерной толщины внутренних силовых элементов полого изделия на этапе изготовления играет важную роль в повышении его удельной прочности.Therefore, ensuring a uniform thickness of the internal force elements of the hollow product at the manufacturing stage plays an important role in increasing its specific strength.
Известен пакет для изготовления полой лопатки турбомашины, содержащий три заготовки, соединенные друг с другом с образованием рабочей полости. На одну из поверхностей в каждой паре образующих рабочую полость заготовок в соответствие с заданным рисунком нанесено антидиффузионное покрытие, содержащее связующее вещество, способное к термическому разложению. К противоположным торцам пакета приварены две трубки для удаления газообразных продуктов термического разложения связующего вещества на этапе нагрева пакета перед диффузионной сваркой и для подвода формовочного газа при последующей сверхпластической формовке [патент US 5826332, опубл. 27.10.98].A known package for the manufacture of a hollow blade of a turbomachine, containing three workpieces connected to each other with the formation of the working cavity. In accordance with a predetermined pattern, an anti-diffusion coating containing a binder capable of thermal decomposition is applied to one of the surfaces in each pair of blanks that form the working cavity. Two tubes are welded to the opposite ends of the bag for removing gaseous products of thermal decomposition of the binder during the heating of the bag before diffusion welding and for supplying forming gas during subsequent superplastic molding [patent US 5826332, publ. 10.27.98].
Наличие трубок в известном пакете позволяет удалять большую часть газообразных продуктов термического разложения связующего вещества, однако некоторая их часть в виде пузырьков остается в «затененных» областях рабочей полости, вблизи соединения заготовок по контуру, что понижает прочность диффузионного соединения.The presence of tubes in a known package allows you to remove most of the gaseous products of thermal decomposition of the binder, however, some of them in the form of bubbles remain in the "shaded" areas of the working cavity, near the connection of the workpieces along the contour, which reduces the strength of the diffusion connection.
Кроме этого при удалении газообразных продуктов посредством нескольких трубок в рабочей полости создается турбулентный поток газа, который, воздействуя на покрытие, способствует осыпанию порошка, повышая вероятность попадания отдельных порошинок на свариваемую поверхность. После сварки частички порошка, обладающие высокой твердостью, становятся концентраторами напряжений непосредственно на поверхности соединения, ухудшая механические свойства сварного соединения в целом.In addition, when removing gaseous products through several tubes in the working cavity, a turbulent gas flow is created, which, acting on the coating, contributes to the shedding of the powder, increasing the likelihood of individual powders getting on the surface to be welded. After welding, powder particles with high hardness become stress concentrators directly on the joint surface, impairing the mechanical properties of the welded joint as a whole.
Известен пакет для изготовления полых многослойных ячеистых изделий способом диффузионной сварки и сверхпластической формовки, содержащий три листовых заготовки, герметично сваренные по контуру с образованием рабочей полости. На одну из поверхностей в каждой паре образующих рабочую полость заготовок, в соответствии с заданным рисунком нанесено антидиффузионное покрытие, содержащее связующее вещество, способное к термическому разложению. При этом рабочая полость пакета выполнена с возможностью подключения к устройству, обеспечивающему удаление из нее газообразных продуктов разложения связующего вещества перед диффузионной сваркой и подвод формовочного газа на этапе сверхпластической формовки [патент US 4304350, опубл. 08.12.1981].A known package for the manufacture of hollow multilayer cellular products by diffusion welding and superplastic molding, containing three sheet blanks, hermetically welded along the contour with the formation of the working cavity. In accordance with a predetermined pattern, an anti-diffusion coating containing a binder capable of thermal decomposition is applied to one of the surfaces in each pair of blanks that form the working cavity. In this case, the working cavity of the package is made with the possibility of connecting to a device that ensures the removal of gaseous decomposition products of the binder from it before diffusion welding and the supply of forming gas at the stage of superplastic forming [patent US 4304350, publ. 12/08/1981].
В известном техническом решении удаление газообразных продуктов разложения связующего вещества перед операцией диффузионной сварки и подача формовочного давления во внутреннюю полость сваренного пакета при выполнении операции сверхпластической формовки осуществляются через одно и то же устройство. При этом требования, которые предъявляются к устройству, через которое осуществляется удаление газообразных продуктов и осуществляется подача формовочного давления, различны. На этапе удаления проходное сечение устройства должно быть по возможности большим для снижения сопротивления. При последующем приложении всестороннего давления сжатия при высокой температуре на этапе диффузионной сварки такое устройство может потерять устойчивость и запечатать его проходное сечение, что сделает невозможным прохождение через устройство газа на последующем этапе сверхпластической формовки, что приведет к снижению качества получаемого изделия.In a known technical solution, the removal of the gaseous decomposition products of the binder before the diffusion welding operation and the supply of molding pressure into the internal cavity of the welded bag during the superplastic molding operation are carried out through the same device. Moreover, the requirements that apply to the device through which the removal of gaseous products is carried out and the molding pressure is supplied are different. At the removal stage, the flow area of the device should be as large as possible to reduce the resistance. With the subsequent application of comprehensive compression pressure at high temperature at the stage of diffusion welding, such a device may lose stability and seal its bore, which will make it impossible for gas to pass through the device at the next stage of superplastic forming, which will lead to a decrease in the quality of the resulting product.
Кроме того, из-за необходимости установки системы трубопроводов и соединений для циркуляции инертного газа в рабочей полости пакета, последующего создания вакуума при диффузионной сварке и подвода формовочного газа при сверхпластической формовке технологические возможности такого пакета ограничены - требуется создание специальной установки для его использования.In addition, due to the need to install a system of pipelines and connections for inert gas circulation in the working cavity of the package, the subsequent creation of a vacuum during diffusion welding and the supply of molding gas during superplastic molding, the technological capabilities of such a package are limited - it is necessary to create a special installation for its use.
Еще одним недостатком известного пакета является сложность его изготовления из-за необходимости выполнения в рабочей полости дополнительных внутренних элементов для ее соединения с внешней системой создания вакуума.Another disadvantage of the known package is the complexity of its manufacture due to the need to perform additional internal elements in the working cavity for its connection with an external vacuum system.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является пакет для изготовления полого многослойного ячеистого изделия способом диффузионной сварки и сверхпластической формовки, содержащий, по меньшей мере, две заготовки, которые соединены по всей длине своих краев, кроме участка, образующего окно, с формированием рабочей полости, причем на, по меньшей мере, одну поверхность в каждой паре устанавливаемых одна напротив другой поверхностей заготовок нанесено в соответствии с заданным рисунком антидиффузионное покрытие, содержащее связующее вещество, способное к термическому разложению, и герметичный резервуар, имеющий внутреннее пространство и открытую сторону, герметично соединенную с окном для обеспечения сообщения между внутренним пространством резервуара и рабочей полостью, при этом резервуар откачан до частичного вакуума, выполнен не подверженным деформации под воздействием температуры и давления при диффузионной сварке пакета и имеет объем, обеспечивающий при достижении температуры термического разложения связующего вещества отвод образующихся при этом газов в резервуар [патент РФ №2355538, опубл. 27.09.2005].Closest to the claimed technical solution is a package for the manufacture of a hollow multilayer cellular product by diffusion welding and superplastic molding, containing at least two blanks that are connected along the entire length of their edges, except for the section forming the window, with the formation of the working cavity, and on at least one surface in each pair of one-sided surfaces of the workpieces, an anti-diffusion coating is deposited in accordance with a predetermined pattern, containing a thermally degradable viscous substance and a sealed reservoir having an inner space and an open side, hermetically connected to a window to ensure communication between the inner space of the reservoir and the working cavity, while the reservoir is evacuated to a partial vacuum, is made not subject to deformation under the influence of temperature, and pressure during diffusion welding of the bag and has a volume that ensures that, when the temperature of thermal decomposition of the binder is reached, the outlet formed at ohm gases into the tank [RF patent №2355538, publ. 09/27/2005].
Недостатком известного пакета является невозможность получения полых многослойных ячеистых изделий с качественным диффузионным соединением, отвечающим за надежность их работы в условиях знакопеременного и ударного нагружения, например, таких, как полые лопатки турбомашины.A disadvantage of the known package is the impossibility of obtaining hollow multilayer cellular products with high-quality diffusion connection, which is responsible for the reliability of their work under alternating and shock loading, for example, such as hollow blades of a turbomachine.
Это связано с тем, что пакет сваривают в условиях так называемого «статического» вакуума, когда в пакете создают вакуум, затем его нагревают и герметизируют, а диффузионную сварку осуществляют без одновременного вакуумирования его внутренней полости. Наличие окна, соединяющего полость с резервуаром, на этапе создания вакуума способствует образованию затененных участков, зон-ловушек для удаляемых газообразных продуктов разложения антидиффузионного покрытия. При этом также затрудняется удаления газообразных продуктов разложения покрытия с участков, расположенных вдали от окна, по сравнению с участками, прилежащими к окну. С повышением размеров полых изделий эта проблема усугубляется и негативно влияет на формирование качественного диффузионного соединения в изделиях.This is due to the fact that the package is welded under the conditions of the so-called “static” vacuum, when a vacuum is created in the package, then it is heated and sealed, and diffusion welding is carried out without simultaneously evacuating its internal cavity. The presence of a window connecting the cavity with the reservoir, at the stage of creating a vacuum, contributes to the formation of shaded areas, trap zones for removable gaseous decomposition products of the anti-diffusion coating. It is also difficult to remove the gaseous decomposition products of the coating from sites located far from the window, compared with areas adjacent to the window. With increasing sizes of hollow products, this problem is exacerbated and negatively affects the formation of high-quality diffusion compounds in products.
Наличие герметичного резервуара увеличивает габариты пакета. Это приводит к необходимости увеличения размеров рабочей камеры для нагрева пакета с целью удаления связующего вещества антидиффузионного покрытия. Причем известный пакет можно использовать только в технологическом процессе, предусматривающем разделение операций удаления газообразных продуктов разложения при нагреве и последующей диффузионной сварки. При этом возникает необходимость использования дополнительной специализированной установки. Использование пакета для получения полых конструкций на других установках становится невозможным. Также невозможно использовать пакет при изготовлении полых изделий по технологической схеме, предусматривающей применение «динамического» вакуума, когда в рабочей полости пакета непрерывно создают вакуум при выполнении операции диффузионной сварки.The presence of a sealed tank increases the dimensions of the package. This leads to the need to increase the size of the working chamber for heating the package in order to remove the binder of the anti-diffusion coating. Moreover, the known package can only be used in a process involving separation of the removal of gaseous decomposition products during heating and subsequent diffusion welding. In this case, there is a need to use an additional specialized installation. Using the package to obtain hollow structures in other plants becomes impossible. It is also impossible to use the bag in the manufacture of hollow products according to the technological scheme involving the use of "dynamic" vacuum, when a vacuum is continuously created in the working cavity of the bag during the diffusion welding operation.
Присоединение герметичного резервуара перед выполнением операции диффузионной сварки, сопряжено с внешним механическим воздействием на пакет, которое приводит к осыпанию антидиффузионного покрытия и появлению возможности его попадания на свариваемые участки. Это может привести к нарушению геометрии внутренней ячеистой структуры полого изделия, и оказать негативное влияние на качество получаемого изделия.The connection of the sealed tank before performing the diffusion welding operation is associated with external mechanical impact on the package, which leads to shedding of the anti-diffusion coating and the possibility of its falling onto the welded areas. This can lead to a violation of the geometry of the internal cellular structure of the hollow product, and have a negative impact on the quality of the resulting product.
Из описания известного пакета следует, что его конструкция и технология получения предполагают наличие в полости остаточных газообразных продуктов разложения связующего вещества антидиффузионного покрытия, что снижает глубину вакуума в зоне соединения. Однако известно, что глубина вакуума положительно влияет на увеличение прочности диффузионного соединения. Кроме этого экспериментальные исследования доказывают, что остаточные газообразные продукты приводят к появлению дополнительной пористости в зоне диффузионного соединения в виде непрерывной цепочки мелких пор и, как следствие, к снижению параметров динамической и циклической прочности готового изделия.From the description of the known package it follows that its design and production technology suggest the presence in the cavity of the residual gaseous decomposition products of the binder of the anti-diffusion coating, which reduces the depth of the vacuum in the connection zone. However, it is known that the depth of the vacuum has a positive effect on the increase in the strength of the diffusion compound. In addition, experimental studies prove that residual gaseous products lead to the appearance of additional porosity in the diffusion joint zone in the form of a continuous chain of fine pores and, as a result, to a decrease in the dynamic and cyclic strength parameters of the finished product.
В известном устройстве объем герметичного резервуара зависит от объема рабочей полости. При этом общая площадь внутренней полости пакета, толщина наносимого покрытия, соотношение порошка керамики и связующего в наносимом антидиффузионном покрытии, продукты термического разложения которого необходимо удалять, не учитываются. Это затрудняет выбор необходимого объема резервуара для обеспечения оптимально заданного уровня остаточного давления в рабочей полости при диффузионной сварке, что также негативно влияет на прочность диффузионного соединения полого изделия.In the known device, the volume of the sealed tank depends on the volume of the working cavity. In this case, the total area of the inner cavity of the packet, the thickness of the applied coating, the ratio of ceramic powder and the binder in the applied anti-diffusion coating, the thermal decomposition products of which must be removed, are not taken into account. This makes it difficult to select the required volume of the tank to ensure an optimally specified level of residual pressure in the working cavity during diffusion welding, which also negatively affects the strength of the diffusion connection of the hollow product.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании пакета, который обеспечивает высокое качество изготавливаемого из него полого многослойного ячеистого изделия, в том числе и полой лопатки турбомашины, за счет повышения прочности диффузионного соединения заготовок и увеличения удельной прочности получаемого изделия.The problem to which the invention is directed is to create a package that provides high quality of a hollow multilayer cellular product made from it, including a hollow blade of a turbomachine, by increasing the strength of the diffusion connection of the workpieces and increasing the specific strength of the resulting product.
Задачей изобретения является также упрощение конструкции пакета и расширение технологических возможностей применения пакета за счет изготовления из него полых изделий на различных установках, в соответствии с различными технологическими схемами.The objective of the invention is also to simplify the design of the package and expand the technological capabilities of the application of the package due to the manufacture of hollow products from it at various plants, in accordance with various technological schemes.
Поставленная задача решается путем изготовления пакета для получения полого многослойного ячеистого изделия способом диффузионной сварки и сверхпластической формовки, который содержит, по меньшей мере, три заготовки, совмещенные и соединенные друг с другом с образованием рабочей полости и расположенной по ее периметру технологической полости, сообщающихся между собой по всему периметру при нагреве, при этом одна из совмещенных поверхностей в каждой паре образующих рабочую полость заготовок имеет нанесенное в соответствии с заданным рисунком антидиффузионное покрытие, содержащее связующее вещество, способное к термическому разложению, а противоположная ей поверхность в местах контакта с антидиффузионным покрытием имеет шероховатость, обеспечивающую возможность появления эффекта «бегающей шейки» на начальном этапе пластического течения материала пакета при сверхпластической формовке, между рабочей и технологической полостями установлен соединительный элемент для сообщения рабочей и технологической полостей на этапе диффузионной сварки и сообщения рабочей полости и системы подачи давления на этапе сверхпластической формовки, при этом технологическая полость выполнена с возможностью подключения к системе создания вакуума для отвода газов, образующихся при термическом разложении связующих веществ.The problem is solved by manufacturing a package to obtain a hollow multilayer cellular product by diffusion welding and superplastic molding, which contains at least three workpieces, combined and connected to each other with the formation of the working cavity and the technological cavity located along its perimeter, communicating with each other along the entire perimeter during heating, while one of the combined surfaces in each pair of the blanks forming the working cavity has been applied in accordance with a predetermined the figure shows an anti-diffusion coating containing a binder capable of thermal decomposition, and the surface opposite to it at the points of contact with the anti-diffusion coating has a roughness that provides the possibility of the appearance of a “running neck” at the initial stage of plastic flow of the material of the bag during superplastic molding, between the working and technological cavities a connecting element is installed for communication of the working and technological cavities at the stage of diffusion welding and communication of the working olosti and in step the pressure supply system superplastic forming, wherein the process chamber is adapted to connect to a vacuum system for removing gases from the thermal decomposition of the binders.
Расположение технологической полости по периметру рабочей полости и возможность их сообщения по периметру и посредством соединительного элемента позволяет при нагреве пакета обеспечить полное удаление газообразных продуктов разложения связующего вещества антидиффузионного покрытия на различных стадиях его разложения, что приводит к повышению прочности сварного соединения. Это происходит за счет того, что сообщение полостей по периметру обеспечивает беспрепятственное движение газов из рабочей полости пакета в технологическую наикратчайшим путем, исключая формирование зон-ловушек для удаляемых газообразных продуктов. При этом, соответственно, уменьшается сопротивление для движения газа. Кроме того, полное удаление газов из рабочей полости по всему периметру позволяет получать в рабочей полости пакета разряжение с контролируемым остаточным давлением, необходимым для образования качественного диффузионного соединения.The location of the technological cavity along the perimeter of the working cavity and the possibility of their communication along the perimeter and by means of the connecting element allows the package to ensure complete removal of gaseous decomposition products of the binder of the anti-diffusion coating at various stages of its decomposition, which leads to an increase in the strength of the welded joint. This is due to the fact that the communication of the cavities along the perimeter ensures the unhindered movement of gases from the working cavity of the packet into the technological one in the shortest possible way, excluding the formation of trap zones for the removed gaseous products. In this case, accordingly, the resistance for gas movement decreases. In addition, the complete removal of gases from the working cavity along the entire perimeter allows obtaining a vacuum in the working cavity of the package with a controlled residual pressure necessary for the formation of a high-quality diffusion compound.
Выполнение технологической полости с возможностью ее подключения к системе создания вакуума для отвода газов, образующихся при термическом разложении связующих веществ, позволяет обеспечить постоянный и беспрепятственный отвод газообразных продуктов разложения связующего вещества антидиффузионного покрытия из рабочей полости, сохраняя чистоту участков поверхности заготовок пакета, совмещенных под диффузионную сварку.The implementation of the technological cavity with the possibility of its connection to a vacuum system for the removal of gases generated during the thermal decomposition of binders, allows for a constant and unhindered removal of gaseous decomposition products of the binder of the anti-diffusion coating from the working cavity, while maintaining the purity of the surface sections of the package blanks combined for diffusion welding .
Кроме того, подключение технологической полости к системе создания вакуума позволяет расширить технологические возможности использования пакета за счет возможности его использования для изготовления полых изделий с применением различных технологических схем - как с применением «динамически» откачиваемого вакуума, так и с применением «статического» вакуума.In addition, the connection of the technological cavity to the vacuum system allows you to expand the technological possibilities of using the package due to the possibility of its use for the manufacture of hollow products using various technological schemes - both with the use of "dynamically" pumped vacuum and with the use of "static" vacuum.
Наличие на участках поверхностей заготовок, контактирующих с антидиффузионным покрытием, шероховатости, обеспечивающей возможность появления эффекта «бегающей шейки» на начальном этапе пластического течения материала пакета при сверхпластической формовке, позволяет повысить равномерность распределения толщины внутренних силовых элементов и тем самым увеличить равнопрочность ячеистой конструкции и соответственно удельную прочность получаемого полого изделия.The presence on the surface sections of the workpieces in contact with the anti-diffusion coating, roughness, which provides the possibility of the appearance of the "running neck" at the initial stage of plastic flow of the material of the package during superplastic molding, allows to increase the uniformity of the distribution of the thickness of the internal strength elements and thereby increase the uniform strength of the cellular structure and, accordingly, the specific the strength of the resulting hollow product.
Сверхпластическая деформация - это длительный процесс, в течение которого значительно изменяется морфология и размеры компонентов микроструктуры деформируемого материала. Под воздействием внешних условий, определяемых режимами сверхпластической формовки, а также исходной микроструктуры, деформируемый материал приобретает свойства «вязкой» или «Ньютоновской» жидкости, т.е. начинает сопротивляться приложенным нагрузкам пропорционально не величине деформации, а скорости деформации. При этом сверхпластичность наступает не сразу. Существует некий аккомодационный период - неустановившаяся стадия пластического течения.Superplastic deformation is a lengthy process during which the morphology and dimensions of the components of the microstructure of a deformable material change significantly. Under the influence of external conditions determined by the regimes of superplastic molding, as well as the initial microstructure, the deformable material acquires the properties of a “viscous” or “Newtonian” fluid, i.e. begins to resist the applied loads in proportion to not the strain, but the strain rate. In this case, superplasticity does not occur immediately. There is a certain accommodation period - an unsteady stage of plastic flow.
С позиции микроуровня сверхпластическое течение материала обеспечивается развитием зернограничного проскальзывания. Внутризеренное скольжение и миграция границ зерен при этом выполняют роль аккомодационных процессов. Другими возможными механизмами могут быть так называемые кооперированные процессы зернограничного проскальзывания и внутризеренного скольжения. В связи с чем считается, что пластическое течение с точки зрения микроуровня носит локальный характер [Кайбышев О.А. Пластичность и сверхпластичность металлов - М.: Металлургия, 1975, с.280]. Так как пластическая деформация развивается локально, в месте локализации увеличивается скорость деформации, и на дальнейшее ее развитие требуется более высокий уровень напряжений.From the position of the microlevel, the superplastic flow of the material is ensured by the development of grain boundary slippage. In this case, intragranular gliding and migration of grain boundaries play the role of accommodation processes. Other possible mechanisms may be the so-called cooperative processes of grain-boundary slippage and intragranular sliding. In this connection, it is believed that the plastic flow from the point of view of the micro level is local in nature [Kaybyshev O.A. Plasticity and superplasticity of metals - M .: Metallurgy, 1975, p.280]. Since plastic deformation develops locally, the strain rate increases at the localization site, and a higher level of stress is required for its further development.
Считается, что на макроуровне повышение равномерности пластического течения материала в условиях сверхпластической деформация происходит благодаря эффекту так называемой «бегающей шейки». В месте локального увеличения скорости деформации она замедляется и в дальнейшем переходит на другие участки, где может развиваться с меньшими скоростями, т.е. туда, где на ее развитие требуются меньшие по величине напряжения [Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением // - УПИ., 2001. - С.836]. Этот механизм реализует условие равномерного развития пластического течения и, как следствие, обеспечивает достижение аномально высоких (до ~1000% и более) величин пластической деформации.It is believed that at the macro level, an increase in the uniformity of the plastic flow of the material under superplastic deformation occurs due to the effect of the so-called “running neck”. In the place of a local increase in the strain rate, it slows down and later moves to other areas where it can develop at lower rates, i.e. where it requires lesser stresses [Kolmogorov V.L. Mechanics of metal forming // - UPI., 2001. - P.836]. This mechanism implements the condition for the uniform development of plastic flow and, as a result, ensures the achievement of abnormally high (up to ~ 1000% or more) values of plastic deformation.
Наличие на участках поверхностей заготовок, контактирующих с антидиффузионным покрытием, шероховатости искусственно создает на поверхности множество концентраторов напряжений, которые и обеспечивают при сверхпластической формовке появление эффекта «бегающей шейки» практически без аккомодационного периода, т.е. с самого начала пластического течения материала. Поскольку пластическое течение возникает одновременно на всех участках с шероховатостью, оно развивается равномерно, что и является причиной снижения разнотолщинности формуемых элементов пакета.The presence of roughness on the surface sections of the workpieces in contact with the anti-diffusion coating artificially creates a lot of stress concentrators on the surface, which provide the appearance of the “running neck” effect with superplastic molding with virtually no accommodation period, i.e. from the very beginning of the plastic flow of the material. Since plastic flow occurs simultaneously in all areas with roughness, it develops uniformly, which is the reason for the decrease in the thickness difference of the formed elements of the package.
В изделиях с внутренними силовыми элементами равной толщины в процессе их эксплуатации от внешних нагрузок формируется более равномерно распределенное напряженное состояние, чем при различной толщине элементов. Поэтому при одной и той же массе показатель удельной прочности таких полых изделий выше.In products with internal power elements of equal thickness during their operation from external loads, a more evenly distributed stress state is formed than with different thicknesses of elements. Therefore, with the same mass, the specific strength index of such hollow articles is higher.
Кроме того, наличие шероховатости на участках поверхности рабочей полости, контактирующих с антидиффузионным покрытием, позволяет повысить удельную прочность получаемого изделия за счет увеличения значения предела пластичности и прочности основного материала, прошедшего сверхпластическую деформацию.In addition, the presence of roughness on the surface areas of the working cavity in contact with the anti-diffusion coating allows one to increase the specific strength of the resulting product by increasing the value of the ductility and strength of the base material that has undergone superplastic deformation.
Известно, что в соответствии с законом Холла-Петча прочность материала обратно пропорциональна среднему размеру зерен. Экспериментально установлено, что явление сверхпластичности наблюдается в материалах с исходной микрокристаллической структурой, средний размер зерен которой лежит в пределах 2…5 мкм. Однако в процессе сверхпластической деформации, протекающей при температуре ~0,4 Тпл наблюдается интенсивный рост исходных зерен. Их средний размер, в зависимости от степени деформации, может увеличиться в два, три и даже более раз. В связи с чем следует ожидать ухудшение комплекса механических свойства материала после сверхпластической деформации.It is known that, in accordance with the Hall-Petch law, the strength of the material is inversely proportional to the average grain size. It was experimentally established that the phenomenon of superplasticity is observed in materials with an initial microcrystalline structure, the average grain size of which lies in the range of 2 ... 5 microns. However, in the process of superplastic deformation proceeding at a temperature of ~ 0.4 Tm, an intensive growth of the initial grains is observed. Their average size, depending on the degree of deformation, can increase two, three or even more times. In this connection, one should expect a deterioration in the complex of mechanical properties of the material after superplastic deformation.
Для того чтобы снизить степень ухудшения механических характеристик материала, необходимо применять методы, замедляющие рост зерен во время сверхпластической деформации. Одним из таких методов является легирование материала элементами, которые стабилизируют микроструктуру при высоких температурах. Наиболее эффективным стабилизирующим микроструктуру легирующим элементом для титана и его сплавов является оксид иттрия.In order to reduce the degree of deterioration of the mechanical characteristics of the material, it is necessary to apply methods that slow down grain growth during superplastic deformation. One of these methods is alloying the material with elements that stabilize the microstructure at high temperatures. Yttrium oxide is the most effective microstructure stabilizing alloying element for titanium and its alloys.
Заявляемая конструкция пакета такова, что при его диффузионной сварке в результате приложения к нему внешнего сжимающего давления порошок оксида иттрия, присутствующий в антидиффузионном покрытии, попадает в углубления шероховатости участков противолежащей поверхности заготовки. Высокая температура, значительное время и локальная деформация на участках с шероховатостью повышают диффузионную активность основного материала деформируемой заготовки, приводя к интенсивной диффузии оксида иттрия с поверхности вглубь материала. Таким образом, происходит нечто похожее на механическое легирование материала заготовки пакета элементами, которые стабилизируют рост зерен во время пластического течения материала. В результате чего по окончанию сверхпластической деформации основной материал сохраняет высокий комплекс механических свойств, что также повышает удельную прочность получаемых полых изделий.The inventive design of the package is such that when it is diffusion welding as a result of applying external compressive pressure to it, the yttrium oxide powder present in the anti-diffusion coating falls into the roughness deepenings of the areas of the opposite surface of the workpiece. High temperature, considerable time, and local deformation in areas with roughness increase the diffusion activity of the main material of the deformed workpiece, leading to intense diffusion of yttrium oxide from the surface into the interior of the material. Thus, something similar to mechanical alloying of the material of the package blank with elements that stabilize grain growth during the plastic flow of the material occurs. As a result, at the end of superplastic deformation, the main material retains a high complex of mechanical properties, which also increases the specific strength of the resulting hollow products.
Образование рабочей и расположенной по ее периметру технологической полостей из, по меньшей мере, трех заготовок, совмещенных и соединенных друг с другом, позволяет упростить изготовление пакета за счет формирования технологической полости из тех же заготовок, из которых формируется и рабочая полость. Это исключает необходимость изготовления специального резервуара из жаропрочных материалов для отвода газов образующихся при термическом разложении связующих веществ, и его присоединения к рабочей полости.The formation of a working cavity and a technological cavity located along its perimeter from at least three workpieces, combined and connected to each other, makes it possible to simplify the manufacture of the package by forming a technological cavity from the same workpieces from which the working cavity is formed. This eliminates the need to manufacture a special tank from heat-resistant materials for the removal of gases generated during the thermal decomposition of binders, and its connection to the working cavity.
Упрощение достигается за счет того, что отпадает необходимость решения сложной задачи - герметичного присоединения резервуара из жаропрочного сплава, как правило, на никелевой основе, к титановой заготовке методом сварки или пайки, которое должно выдерживать высокое давление при высокой температуре.Simplification is achieved due to the fact that there is no need to solve the difficult problem of tightly connecting a tank of heat-resistant alloy, usually on a nickel basis, to a titanium billet by welding or brazing, which must withstand high pressure at high temperature.
Кроме того, образование рабочей полости и расположенной по ее периметру технологической полости из, по меньшей мере, трех заготовок, совмещенных и соединенных друг с другом, позволяет расширить технологические возможности пакета за счет возможности изготовления из него полых изделий по различным технологическим схемам и на оборудовании различного типа.In addition, the formation of the working cavity and the technological cavity located along its perimeter from at least three workpieces, combined and connected to each other, allows to expand the technological capabilities of the package due to the possibility of manufacturing hollow products from it according to various technological schemes and equipment of various type.
Многослойные полые изделия могут быть изготовлены с применением операции предварительного удаления продуктов разложения связующего вещества антидиффузионного покрытия, например, согласно ближайшему аналогу, последующей герметизацией пакета и далее его диффузионной сваркой в автоклаве. В этом случае технологическая полость выполняет функцию резервуара. Другой технологической схемой является постоянное создание вакуума в рабочей полости пакета на этапе его нагрева и последующей диффузионной сварки. В этом случае технологическая полость выполняет функции канала, соединяющего рабочую полость с внешним источником создания вакуума.Multilayer hollow products can be manufactured using the operation of preliminary removal of the decomposition products of the binder of the anti-diffusion coating, for example, according to the closest analogue, subsequent sealing of the bag and then diffusion welding in an autoclave. In this case, the technological cavity acts as a reservoir. Another technological scheme is the constant creation of vacuum in the working cavity of the package at the stage of its heating and subsequent diffusion welding. In this case, the technological cavity acts as a channel connecting the working cavity with an external source of vacuum.
Заявляемая конструкция пакета, в которой наряду с рабочей предусмотрено наличие технологической полости, расположенной по периметру рабочей, допускает использование пакета при изготовлении полого многослойного ячеистого изделия как по первой, так и по второй технологической схемам, с применением различного оборудования. По первой схеме - это система предварительного нагрева пакета и автоклав, по второй - это изотермический пресс.The inventive design of the package, in which, along with the working one, provides for a technological cavity located around the perimeter of the working one, allows the use of the package in the manufacture of a hollow multilayer cellular product according to both the first and second technological schemes using various equipment. According to the first scheme, this is a package pre-heating system and an autoclave; according to the second, it is an isothermal press.
Предлагаемый пакет для изготовления полого многослойного ячеистого изделия способом диффузионной сварки и сверхпластической формовки представлен на следующих чертежах.The proposed package for the manufacture of a hollow multilayer cellular product by diffusion welding and superplastic molding is presented in the following drawings.
На фиг.1 показано продольное сечение пакета; на фиг.2 - сечение фрагмента рабочей полости пакета вблизи антидиффузионного покрытия; на фиг.3 - сечение фрагмента соединения рабочей и технологической полостей посредством соединительного элемента; на фиг.4 показана микроструктура диффузионного соединения в изготовленном полом изделии.Figure 1 shows a longitudinal section of the package; figure 2 is a cross section of a fragment of the working cavity of the package near the anti-diffusion coating; figure 3 is a cross section of a fragment of the connection of the working and technological cavities by means of a connecting element; figure 4 shows the microstructure of the diffusion compound in a manufactured hollow product.
Предлагаемый пакет состоит из двух внешних 1 и 2, и одной средней 3 заготовок, совмещенных друг с другом и попарно образующих рабочую полость 4, и расположенную по ее периметру технологическую полость 5. Внешние заготовки 1 и 2 по контуру соединены между собой сварным швом 6. Одна из поверхностей в каждой паре образующих рабочую полость 4 заготовок имеет антидиффузионное покрытие 7, нанесенное в соответствии с заданным рисунком и содержащее связующее вещество, способное к термическому разложению, а противоположная ей поверхность заготовки 3 в местах контакта с нанесенным антидиффузионным покрытием 7 имеет участки 8 с шероховатостью, обеспечивающей появление эффекта «бегающей шейки» на начальном этапе пластического течения материала пакета при сверхпластической формовке. Между рабочей полостью 4 и технологической 5 установлен соединительный элемент 9. Технологическая полость 5 посредством отверстия 10 соединена с системой создания вакуума для отвода газов, образующихся при термическом разложении связующих веществ (не показана).The proposed package consists of two external 1 and 2, and one middle 3 workpieces, combined with each other and in pairs forming a working
Изготовление предлагаемого пакета и его работа показаны на конкретном примере изготовления полой вентиляторной лопатки турбомашины.The manufacture of the proposed package and its operation are shown on a specific example of the manufacture of a hollow fan blade of a turbomachine.
Пакет для полой вентиляторной лопатки изготавливают из двух внешних 1, 2 и одной средней 3 заготовок. В качестве материала заготовок для изготовления предлагаемого пакета выбраны листовые полуфабрикаты из титанового сплава ВТ6 (T1-6A1-4V). Два внешних листа имеют толщину 2,0 мм, один внутренний лист - 1,0 мм. Размеры средней заготовки пакета в плане на 10…20 мм меньше соответствующих размеров внешних заготовок. На одну из поверхностей внешних заготовок 1 и 2 в каждой паре образующих рабочую полость 4 заготовок по определенному рисунку трафарета методом шелкографии наносят антидиффузионное покрытие 7, на основе оксида иттрия, содержащее связующее вещество, способное к термическому разложению. Участки 8 поверхности внутренней заготовки 3, контактирующие с антидиффузионным покрытием 7 по рисунку, аналогичному рисунку антидиффузионного покрытия, выполняют с шероховатостью. Параметры шероховатости выбирают в интервале Ra 0,7…1,6 в зависимости от параметров микроструктуры материала, из которого изготовлены заготовки. Для сплава ВТ6 со средним размером зерен dcp 1-2 мкм, шероховатость выбирают равной Ra~0,8 dcp.A package for a hollow fan blade is made of two outer 1, 2 and one middle 3 blanks. As the material of the blanks for the manufacture of the proposed package selected sheet semi-finished products from titanium alloy VT6 (T1-6A1-4V). Two outer sheets are 2.0 mm thick, and one inner sheet is 1.0 mm thick. The dimensions of the average package blank in the plan are 10 ... 20 mm smaller than the corresponding dimensions of the external blanks. An
Шероховатость на участке 8 на поверхности средней заготовки 3 получают механической обработкой. Шероховатость может быть выполнена также химическим либо электрохимическим способом. Необходимо отметить, что при создании шероховатости на участках 8 неизбежно происходит частичное удаление материала. Целесообразно удалять материал на глубину, равную или немного большую толщины наносимого антидиффузионного покрытия. Это необходимо делать для того, чтобы при совмещении поверхностей, образующих рабочую полость пакета, и на этапе нагрева пакета перед диффузионной сваркой, с целью удаления газообразных продуктов разложения связующих веществ антидиффузионного покрытия, освободившийся от связующего порошок частично или полностью заполнил бы пространство шероховатой части поверхности. Этим достигается закрепление порошинок в нужных местах пакета и предотвращение его попадания непосредственно на поверхность диффузионного соединения в процессе случайного внешнего механического воздействия на пакет, например, при транспортировке или установке пакета в приспособление для последующей диффузионной сварки.The roughness in
Подготовленные заготовки 1, 2 и 3 накладывают друг на друга таким образом, чтобы антидиффузионное покрытие 7 располагалось напротив участков 8 поверхности среднего листа с шероховатостью. Внешние заготовки 1 и 2 пакета обваривают по контуру. Сварной шов 6 выполняют аргонодуговой сваркой. После сварки получают рабочую полость 4, образованную из совмещенных и соприкасающихся между собой поверхностей двух внешних 1, 2 и средней заготовки 3, имеющей размер листа в плане на ~10…20 мм эквидистантно меньше соответствующих размеров внешних заготовок, и расположенную по периметру рабочей полости технологическую полость, образованную внешними заготовками 1 и 2, торцом средней заготовки 3 и внутренней поверхностью сварного шва 6.
Перед обваркой внешних заготовок 1 и 2 по контуру, в предварительно изготовленный вырез в средней заготовке 3 устанавливают соединительный элемент 9 для сообщения рабочей и технологической полостей на этапе нагрева и диффузионной сварки, а также для подключения рабочей полости к системе подачи давления на этапе сверхпластической формовки. Конструктивно соединительный элемент 9 выбран с соблюдением требования - выдерживать внешние сжимающие нагрузки как при операции удаления связующего компонента антидиффузионного покрытия, так и при диффузионной сварке. Соединительный элемент может быть изготовлен из стали или из жаропрочного титанового сплава. Последний вариант более предпочтителен в тех случаях, когда конструкция полого изделия не требует удаления соединительного элемента, например при изготовлении пакета для получения из него полой лопатки турбомашины.Before welding the
Предлагаемый пакет работает следующим образом. Технологическую полость 5 пакета через отверстие 10 соединяют с вакуумной системой газораспределительного устройства (не показана) и создают вакуум -10-1 Па. Затем пакет устанавливают в печь, нагревают до температуры 400-450°C и выдерживают в течение ~2 часов. При нагреве происходит разложение связующего вещества антидиффузионного покрытия 7. В начале нагрева образующиеся в рабочей полости 4 газообразные продукты разложения переходят в технологическую полость 5 через соединительный элемент 9. С увеличением температуры объем образующихся в рабочей полости 4 газообразных продуктов разложения непрерывно увеличивается и достигает значения, при котором газ не успевает проходить через соединительный элемент 9, в результате чего в пакете создается внутреннее давление, которое приводит к деформации пакета. В пакете, заявляемой конструкции рабочая полость 4 образована совмещенными и соприкасающимися между собой поверхностями внешних 1, 2 и внутренней 3 заготовками. Под воздействием внутреннего давления образующихся газов по всему периметру рабочей полости образуется щель. Посредством образованной щели происходит сообщение рабочей 4 и технологической 5 полостей. Через щель осуществляется выход газов из рабочей полости в технологическую, из которой они удаляются вакуумной системой газораспределительного устройства. Таким образом, происходит удаление основного объема газообразных продуктов распада из рабочей полости. При дальнейшем нагреве и последующей выдержке при заданной температуре количество связующего вещества уменьшается, в связи с чем уменьшается и объем газообразных продуктов его разложения. Пропускная способность внутреннего соединительного элемента 9, соединяющего рабочую 4 и технологическую 5 полости, становится достаточной для удаления газообразных продуктов из рабочей полости в технологическую. При этом поверхности заготовок 1, 2 и 3 вновь смыкаются и соприкасаются друг с другом. В результате разложения связующего вещества антидиффузионное покрытие 7 в виде порошка частично фиксируется поверхностью участков 8 средней заготовки 3, имеющих шероховатость.The proposed package works as follows.
После удаления газообразных продуктов из пакета температуру понижают, а сам пакет извлекают из печи. Затем его герметизируют и отсоединяют от вакуумной системы газораспределительного пульта. Затем пакет устанавливают в автоклав, где осуществляют диффузионную сварку при температуре ~900°C, сварочном давлении ~3,0 МПа и времени сварки ~3,5 часа.After removing gaseous products from the bag, the temperature is lowered, and the bag itself is removed from the oven. Then it is sealed and disconnected from the vacuum system of the gas distribution panel. Then the package is installed in an autoclave, where diffusion welding is carried out at a temperature of ~ 900 ° C, a welding pressure of ~ 3.0 MPa and a welding time of ~ 3.5 hours.
По окончании диффузионной сварки технологическую полость пакета удаляют или оставляют в зависимости от технологической схемы последующей операции сверхпластической формовки полого изделия. В данном примере технологическую полость удаляют. Затем рабочую полость пакета присоединяют к системе создания рабочего давления газораспределительного пульта через соединительный элемент 9. Далее пакет устанавливают в штамп изотермического пресса, нагревают до температуры ~900°C и осуществляют его сверхпластическую формовку, подавая в рабочую полость газообразный аргон. При подаче давления происходит раздача пакета и образование внутренней ячеистой структуры изделия. После формовки пакет извлекают из штампа, охлаждают и отсоединяют от системы создания рабочего давления газораспределительного пульта.At the end of diffusion welding, the technological cavity of the package is removed or left depending on the technological scheme of the subsequent operation of superplastic molding of the hollow product. In this example, the process cavity is removed. Then the working cavity of the package is connected to the system for creating the working pressure of the gas distribution panel through the connecting
Выполненные металлографические исследования образцов, вырезанных из полученного изделия, подтвердили высокое качество диффузионного соединения с минимальным содержанием пор (фиг.4). Удельная прочность изделия была также высокой. Ее высокий уровень определяли несущественное на 5-10% понижение прочности основного материала заготовок после сверхпластической формовки за счет увеличения среднего размера зерна и высокий уровень равномерности распределения толщин внутренних силовых элементов ячеистой структуры. Разница в толщине внутренних силовых элементов полого изделия составляла ~3-5%.Performed metallographic studies of samples cut from the obtained product, confirmed the high quality of the diffusion compound with a minimum pore content (figure 4). The specific strength of the product was also high. Its high level was determined by a 5-10% insignificant decrease in the strength of the main material of the workpieces after superplastic molding due to an increase in the average grain size and a high level of uniformity in the distribution of thicknesses of the internal power elements of the cellular structure. The difference in the thickness of the internal force elements of the hollow product was ~ 3-5%.
Проведенные эксперименты показали, что порообразование в зоне диффузионного соединения полого изделия, полученного из предлагаемого пакета, на 10-20% ниже по сравнению с ближайшим аналогом, а его удельная прочность выше на ~15%.The experiments showed that the pore formation in the diffusion joint zone of the hollow product obtained from the proposed package is 10-20% lower than the closest analogue, and its specific strength is higher by ~ 15%.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014107408/02A RU2570714C2 (en) | 2014-02-26 | 2014-02-26 | Packet for manufacturing hollow multilayer cellular article by method of diffusion welding and superplastic moulding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014107408/02A RU2570714C2 (en) | 2014-02-26 | 2014-02-26 | Packet for manufacturing hollow multilayer cellular article by method of diffusion welding and superplastic moulding |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014107408A RU2014107408A (en) | 2015-09-10 |
| RU2570714C2 true RU2570714C2 (en) | 2015-12-10 |
Family
ID=54073138
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014107408/02A RU2570714C2 (en) | 2014-02-26 | 2014-02-26 | Packet for manufacturing hollow multilayer cellular article by method of diffusion welding and superplastic moulding |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2570714C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4217397A (en) * | 1978-04-18 | 1980-08-12 | Mcdonnell Douglas Corporation | Metallic sandwich structure and method of fabrication |
| US4304350A (en) * | 1980-01-07 | 1981-12-08 | Grumman Aerospace Corporation | Method of pressurization system for superplastic forming and diffusion bonding |
| RU1378202C (en) * | 1986-05-13 | 1994-07-15 | Научно-исследовательский институт авиационной технологии и организации производства | Diffusion welding process |
| RU2024376C1 (en) * | 1991-07-25 | 1994-12-15 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Method of manufacturing multilayer panels |
| RU2170636C2 (en) * | 1999-06-28 | 2001-07-20 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Method for making laminate cellular construction |
| RU2355538C2 (en) * | 2003-03-21 | 2009-05-20 | Снекма | Set for making mechanical object through diffusion welding and super plastic moulding and method of making such object |
-
2014
- 2014-02-26 RU RU2014107408/02A patent/RU2570714C2/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4217397A (en) * | 1978-04-18 | 1980-08-12 | Mcdonnell Douglas Corporation | Metallic sandwich structure and method of fabrication |
| US4304350A (en) * | 1980-01-07 | 1981-12-08 | Grumman Aerospace Corporation | Method of pressurization system for superplastic forming and diffusion bonding |
| RU1378202C (en) * | 1986-05-13 | 1994-07-15 | Научно-исследовательский институт авиационной технологии и организации производства | Diffusion welding process |
| RU2024376C1 (en) * | 1991-07-25 | 1994-12-15 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Method of manufacturing multilayer panels |
| RU2170636C2 (en) * | 1999-06-28 | 2001-07-20 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Method for making laminate cellular construction |
| RU2355538C2 (en) * | 2003-03-21 | 2009-05-20 | Снекма | Set for making mechanical object through diffusion welding and super plastic moulding and method of making such object |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014107408A (en) | 2015-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2291019C2 (en) | Method of manufacture of article by superplastic moulding and diffusion welding | |
| EP2957376B1 (en) | Method of forming a bonded article with provision of a porous interlayer region | |
| EP3402619B1 (en) | Methods for producing forged products and other worked products | |
| US7685857B2 (en) | Curved extrusions and method of forming the same | |
| EP0001198B1 (en) | Process for the manufacture of articles by the thermoforming of aluminium or magnesium or of aluminium or magnesium base alloys | |
| CN107931609B (en) | Preparation method of TiAl alloy turbine blade | |
| GB2538652A (en) | Additive manufacturing | |
| US10906100B2 (en) | Heat treatment process for additive manufactured components | |
| US10875080B2 (en) | Method of producing forged product | |
| JP2016500136A (en) | Aluminum brazing of hollow titanium fan blades | |
| FR3030323A1 (en) | MANUFACTURING PLATE FOR THE MANUFACTURE OF PARTS BY SELECTIVE FUSION OR SELECTIVE POWDER BED STITCHING, TOOLING AND MANUFACTURING PROCESS USING SUCH A PLATE | |
| US10086459B2 (en) | Method for forming hybrid article | |
| US10130982B2 (en) | Hot extrusion die tool and method of making same | |
| RU2570714C2 (en) | Packet for manufacturing hollow multilayer cellular article by method of diffusion welding and superplastic moulding | |
| JP2017514993A (en) | Method for manufacturing picklable metal components | |
| RU184621U1 (en) | PACK FOR ROLLING THIN SHEETS | |
| US10035329B2 (en) | Hybrid article, method for forming hybrid article, and method for closing aperture | |
| JPWO2007052743A1 (en) | Sputtering target and manufacturing method thereof | |
| RU2790493C1 (en) | Method for manufacturing blanks by layer-by-layer laser fusion of metal powders of titanium-based alloys | |
| RU2553759C1 (en) | Method to produce metal protective patch piece | |
| RU2525965C2 (en) | Cermet ball valve and method of its fabrication | |
| US10265792B2 (en) | Sinter-bonded hybrid article, method for forming hybrid article, and method for closing aperture | |
| RU2785111C1 (en) | Method for hot forging of workpieces from hard to deform metals and alloys | |
| JP2006118033A (en) | Method for producing compositionally gradient cemented carbide | |
| EP4067526A1 (en) | Manufacturing method for nickel-base alloy product or titanium-base alloy product |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |