[发明专利]一种钛合金空心构件的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于钛合成型技术，涉及一种钛合金薄壁带筋空心零件的制 造方法。

背景技术

超塑成形/扩散连接(SPF/DB)技术在航空航天领域需求的推动下， 获得了很大发展，已经发展成为一种制造飞机及其发动机钛合金结构的 成熟技术。目前采用SPF/DB技术制造钛合金空心构件，根据板材层数 的不同，分为两层、三层、四层空心构件等。SPF/DB工艺主要包括： 材料准备、止焊剂涂覆、口袋封焊、扩散连接及超塑成形、成形后零件 毛坯机械加工、表面处理。

但是，随着SPF/DB技术大批量生产钛合金构件，这种技术本身存 在的一些问题逐渐显现出来，主要存在成形效率低、材料利用率低、变 形后壁厚分布不均匀、成形后力学性能有所下降、大面积扩散连接时容 易产生缺陷、难于成形难扩散连接材料的空心结构等不足。以制造发动 机整流叶片为例，该结构是典型的四层板结构，采用SPF/DB工艺制造。 整流叶片的边条和内、外层板之间通过扩散的方法连接在一起，采用机 械加压进行扩散，由于载荷不均匀，很容易导致整流叶片扩散连接的前 缘产生缺陷，导致产生废品。在成形内层时，由于板材的变形量较大， 在进气过程中，如果进气速度过快，容易导致内层板被吹破，如果进气 速度较慢，则成形时间较长，钛合金组织会发生变化，导致性能下降， 同时采用低的成形速率，生产效率也较低。采用SPF/DB工艺制造整流 叶片，每一个工艺循环只能制造2片，连续生产，每天可以生产4片， 生产效率较低。

发明内容

本发明的目的是提出一种成形效率高、变形后壁厚分布均匀、成形 后力学性能高、扩散连接质量高的一种钛合金空心构件的制造方法。本 发明的技术解决方案是，(一)按照空心构件的结构特征分解为蒙皮和 筋条或蒙皮带筋条的结构形式，根据空心构件的空心部分确定内、外包 套结构形式；

(二)按照分解的结构形式加工或成形出蒙皮和筋条或蒙皮带筋条 的结构部件；

(三)加工或成形出内包套、外包套；

(四)按照构件结构形式，将加工好的蒙皮和筋条或蒙皮带筋条的 结构部件与内外包套组合并对内包套、外包套进行封焊和真空封装，真 空度1.0×10^-3Pa；

(五)通过热等静压的方法，实现各结构部件之间在位置实现扩散 连接；

(六)对预制结构件进行表面处理，制备出空心结构件。

所述的蒙皮和筋条结构部件采用机械加工或热成形或超塑成形或 锻造的方法加工。

所述的蒙皮带筋条的结构部件采用机械加工或锻造后机械加工的 方法加工。

内、外包套的材料是与结构件的材料相同或不同。

所述的加工或成形出内包套、外包套所选用的材料与空心结构件的 材料为不同材料时，在进行扩散连接之后，先采用机械加工或化铣的方 法去除内包套、外包套，然后再对预制结构件进行表面处理，制备出空 心结构件。

本发明具有的优点和有益效果，

采用新型气压成形方法制备钛合金空心构件具有一系列优点，可以 概括如下：

1.生产效率高，一个工艺循环可以制备多个构件，效率得到提高， 焊合率＞95％以上；

2.不需要模具，大大降低了成本，缩短了生产周期；

3.可以成形多种金属材料的复杂空心构件，可成形材料包括：高温 合金、金属间化合物等难扩散材料；

4.大大降低成形温度，降低成形温度大约70～100℃；

5.扩散质量高，可在热等静压炉内成型，最高扩散压力可以达到 200MPa；

6.可以成形多种复杂形状的零件，例如叶片类、环形、筒形、分流 环等空心构件；

7.近净成形，加工余量小(小于超塑成形)，节省了原材料；

8.如果采用热等静压方法成形，经过了一个热等静压过程，可以消 除材料内部缺陷，材料性能不下降或者下降很少；

9.壁厚分布均匀，而且可以获得设计要求的壁厚分布；

10.不存在表面沟槽等缺陷；

11.不需要涂敷止焊剂；

12.在抽真空后充氩气的环境中成形，表面质量高；

附图说明

图1是本发明蒙皮和筋条分解结构形式示意图；

图2是本发明蒙皮带筋条分解结构形式示意图；

图3是本发明的蒙皮带筋条的结构部件。