[發明專利]一種高性能鈦合金盲管的制造方法

有效

• 申請號: 201110328356.4
• 申請日: 2011-10-25
• 公開（公告）號: CN102366836A
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發明（設計）人: 郎澤保;王亮;張緒虎;石剛;謝飛
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: B22F5/12
• 分類號: B22F5/12
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 莫丹

技術領域

本發明涉及一種鈦合金細長盲管的制造方法，具體涉及一種用于鈦合金、鈦鋁金屬間化合物等延伸率超過5％的金屬細長盲管的快速制造方法，且材料的性能達到或接近鍛件水平。

背景技術

運載火箭二級箱間段的支架結構尺寸大、空間位置要求嚴格，要求構成支架結構的細長盲管具備質量輕、剛度好且性能穩定的特點。

鈦合金是航空航天領域常用的結構材料之一，鈦合金盲管是支架結構的關鍵部件，其形狀細長，長度可在1～1.5米。為了縮短生產周期，常見的鈦合金盲管是采用精密鑄造的方法研制的，但是鈦合金鑄件具有成分偏析和組織偏析等缺陷，給產品的質量和性能的可靠性方面帶來不利影響。利用鍛件加工是另一種常用的盲管制造方法。這種方法的缺陷是生產周期長，材料利用率低，材料成本高、質量不穩定等特點，無法滿足型號研制的需要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高性能鈦合金盲管的制造方法，其制造鈦合金盲管的周期短、材料利用率高，質量穩定可靠，且管件的性能達到不低于鍛件的水平。

實現本發明目的的技術方案：一種高性能鈦合金盲管的制造方法，其采用熱等靜壓近凈成形方法制造鈦合金盲管，具體包括如下步驟：

(a)在芯棒表面涂覆石墨類涂層作為阻焊層；該芯棒的直徑d＝D-2δ，其中D為鈦合金盲管內徑，δ為芯棒上石墨類涂層的厚度；

(b)將芯棒放置在包套筒內，芯棒通過芯棒定位工裝卡在包套筒內中央位置，芯棒的底端固定在包套底蓋上，包套底蓋焊接在包套筒底端；然后向由包套筒的內壁與芯棒的外壁形成的空腔內添裝鈦合金粉末；

待鈦合金粉末裝到要求高度的1/2～2/3處后，取出芯棒定位工裝，繼續用鈦合金粉末將包套筒填滿；

(c)在包套筒頂部焊接包套頂蓋，預留除氣管道，對包套筒抽真空，當包套筒內的真空度高于3×10^-3Pa時，保持6～8h，焊封除氣管；

(d)將步驟(c)所得完成除氣的包套的兩端固定在包套熱等靜壓工裝內；然后進行熱等靜壓處理，熱等靜壓的工藝為：900～960℃，1～5h，P≥120MPa；

(e)從包套熱等靜壓工裝內取出完成熱等靜壓處理的包套，然后機械加工包套的兩端，以露出芯棒和鈦合金盲管毛坯為準；然后在包套的兩端分別加工出螺孔一和螺孔二，螺孔一和螺孔二內分別連接一個螺栓，然后用螺栓將包套的兩端固定在液壓機上，通過液壓機將包套內的芯棒拔出；

(f)將包套內的鈦合金盲管毛坯加工成鈦合金盲管。

如上所述的一種高性能鈦合金盲管的制造方法，其所述的芯棒定位工裝為可放置在包套筒內、與包套筒同軸的圓筒，圓筒頂端外沿卡在包套筒上端，圓筒底端卡在芯棒的上部；在芯棒定位工裝的頂端外沿上開有孔洞，通過這些孔洞向包套筒與芯棒形成的空腔中添裝鈦合金粉末。

如上所述的一種高性能鈦合金盲管的制造方法，其所述的包套熱等靜壓工裝包括一個支撐筒，包套則放置在支撐筒的中央位置，包套固定用上端蓋和包套固定用下端蓋分別設置在支撐筒的頂端和底端，確保包套在支撐筒內保持垂直狀態，包套固定用上端蓋通過螺栓連接在芯棒上，包套固定用下端蓋通過螺栓連接在包套底蓋上。

如上所述的一種高性能鈦合金盲管的制造方法，其步驟(e)所述的螺孔一開設在芯棒上，螺孔二開設在鈦合金盲管毛坯上。

如上所述的一種高性能鈦合金盲管的制造方法，其所述的芯棒采用低碳鋼制得，芯棒為圓柱狀且前端為錐頭。

如上所述的一種高性能鈦合金盲管的制造方法，其所述的石墨類涂層的厚度δ值為：2mm≤δ≤10mm。

本發明的效果在于：

本發明采用熱等靜壓近凈成形制造鈦合金細長盲管，以鈦合金預合金粉末為原材料，利用低碳鋼或不銹鋼等材料設計、制造成形用包套和芯棒，在900～960℃間進行熱等靜壓處理，然后去除包套和芯棒，獲得鈦合金細長盲管毛坯，最后根據用戶要求將毛坯加工到最終的產品外觀尺寸。此方法在大尺寸鈦合金支架結構方面具有很好的應用前景。

本發明利用可以快速去除的芯棒，形成的鈦合金細長盲管內腔無需機械加工即可達到產品最終尺寸，從而可以縮短產品的生產周期，并提高成材率。芯棒表面涂覆的石墨類涂層，作為在芯棒和鈦合金盲管毛坯之間的阻焊層，防止芯棒和鈦合金粉末在熱等靜壓過程中通過擴散相連接。在組裝、焊接包套的過程中，設計并利用芯棒定位工裝對芯棒的位置進行限制。在熱等靜壓過程中，設計并利用包套熱等靜壓工裝固定包套的兩端，使包套在熱等靜壓過程中保持豎直位置，確保熱等靜壓后的包套不會發生彎曲。