[發明專利]采用金屬箔帶鋪放制坯的耐高溫薄壁構件一體化制造方法

有效

• 申請號: 202010031405.7
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111168407B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 何祝斌;梁江凱;徐怡;杜巍;林艷麗;鄭凱倫;林鵬;劉鋼;苑世劍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23P23/06
• 分類號: B23P23/06;B21D26/027;B21D26/041;B21D26/053;B21D37/16;B22F7/04
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 張天一

本發明公開了一種采用金屬箔帶鋪放制坯的耐高溫薄壁構件一體化制造方法，包括設計預制坯料、制備支撐模具、確定箔帶的厚度、確定箔帶的寬度、制定鋪放工藝、鋪放A箔帶與B箔帶、制備AB疊層預制坯料、預制坯料的脹形成形、脹形后構件的反應合成及致密化處理、薄壁構件的后續處理等步驟；本發明通過合適寬度的金屬箔帶連續鋪放可以獲得結構復雜、壁厚均勻、形狀接近最終零件的薄壁整體預制坯料，無需對薄壁預制坯料進行焊接，解決了傳統的先制備疊層板坯再卷焊成筒坯時存在焊接區域綜合性能薄弱問題，同時減小后續脹形時的變形量，避免出現局部脹形減薄開裂，或者合模過程在分模處咬邊，或者各區域材料分配不均出現起皺缺陷。

技術領域

本發明涉及薄壁構件制造技術領域，特別是涉及一種采用金屬箔帶鋪放制坯的耐高溫薄壁構件一體化制造方法。

背景技術

隨著航空、航天技術的飛速發展，新一代飛行器的飛行距離和飛行速度不斷提高，飛行器中復雜薄壁構件如進氣道、排氣噴管等高溫結構的服役溫度也不斷提高。現有的鈦合金、高溫合金的耐熱溫度(約500℃)已無法滿足要求。此時，需要采用耐熱溫度更高的材料如TiAl、NiAl等金屬間化合物。TiAl的使用溫度在600～850℃，NiAl的使用溫度高達900～1000℃，其在1100℃時的抗拉強度仍高于100MPa。除了耐熱溫度高，金屬間化合物還具有密度低、硬度高、抗氧化性優良、抗腐蝕性好、結構穩定性高等優點，因此在高溫工程領域其綜合性能優于高溫鈦合金、高溫鎳基合金，是一種理想的高溫結構材料。近年來，TiAl和NiAl等金屬間化合物薄壁構件的制造和應用已成為先進制造領域的研究熱點。

對于鈦合金、高溫合金等材料，目前制造復雜薄壁構件的方法，都是直接采用軋制等方法獲得的薄壁平面板坯或管坯為原材料，通過超塑成形、熱沖壓成形等成形制造技術獲得最終的薄壁構件。可以說，鈦合金、高溫合金的原始板坯/管坯的制備和后續成形制造復雜薄壁構件是兩個相對獨立的過程。但是，對于TiAl、NiAl等金屬間化合物，由于其具有本征脆性，很難用傳統方法制備出薄壁平面板坯或管坯。即使可制備出平面板坯或管坯，在室溫和溫熱狀態下也極難變形為復雜構件。這就使這類材料的使用受到了極大限制。為解決此問題，發明專利(專利號：201710448620.5)提出了一種NiAl合金曲面板材構件合成制備與成形一體化方法，該方法是對大尺寸Ni箔與Al箔交替疊放進行熱壓制坯，再通過熱氣脹成形獲得構件形狀，接著通過高溫真空熱處理等步驟獲得最終的NiAl合金曲面零件。由于該方法首先制備的是Ni/Al疊層箔的簡單平板坯料，在通過熱氣壓脹形獲得構件形狀時簡單平板坯料將發生較大且復雜的變形，易出現局部減薄、開裂、起皺等問題。發明專利(申請號：

201910444894.6)提出了一種Ni/Al合金薄壁管件成形與控性一體化方法，該方法是對大尺寸Ni箔與Al箔交替堆疊、卷管、焊接得到疊層箔管坯，然后在氣脹成形模具中進行氣脹成形及反應合成得到NiAl合金薄壁管件。同樣的，由于該方法制備的疊層箔管坯為簡單的圓筒或錐筒，其形狀與最終構件相差較大，在氣脹成形過程中疊層箔管坯的變形量大而復雜，易出現局部減薄、開裂、起皺等問題，且焊縫處焊材與母材組織性能難以調控。因此，采用上述方法仍然難以制造復雜形狀且壁厚分布均勻的薄壁構件。目前，TiAl、NiAl等耐熱金屬間化合物復雜薄壁構件的制造已成為我國航空、航天等領域的一個瓶頸難題。

為解決TiAl、NiAl等耐熱金屬間化合物材料的簡單平面板坯難以制備、平面板坯在室溫及溫熱狀態極難變形、簡單預制疊層坯料在脹形變形時出現嚴重壁厚不均等問題，導致無法采用傳統的成形制造方法制造耐高溫材料復雜薄壁構件的難題，需要開發一種新的制造方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種采用金屬箔帶鋪放制坯的耐高溫薄壁構件一體化制造方法，能夠解決TiAl、NiAl等耐熱金屬間化合物材料存在平面板坯難以制備、材料極難變形、脹形變形出現壁厚不均等問題，導致無法采用傳統的成形制造方法制造耐高溫材料復雜薄壁構件的難題。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：