一種制備Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)的方法
【專利摘要】一種制備Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)的方法，它涉及制備三層中空結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有常用的DB/SPF工藝制備Ti2AlNb合金中空多層結(jié)構(gòu)件較難實(shí)現(xiàn)的問題。方法：一、Ti2AlNb芯板預(yù)處理；二、熱彎曲處理；三、彎曲的Ti2AlNb芯板二次預(yù)處理；四、Ti2AlNb上下面板的預(yù)處理；五、擴(kuò)散連接，即得到Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可用于制備Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)。
【專利說明】一種制備T i 2AI Nb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制備三層中空結(jié)構(gòu)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天航空技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)材料的性能提出越來越高的要求，高強(qiáng)、輕質(zhì)、高效作為一個(gè)重要指標(biāo)，以提高飛行器的推重比。作為一種新型高溫結(jié)構(gòu)材料，Ti2AlNb合金是以O(shè)相(正交結(jié)構(gòu))為基礎(chǔ)的金屬間化合物，其具有更高的比強(qiáng)度，高的彈性模量及更高的服役溫度，是航空航天理想的輕比重高溫結(jié)構(gòu)材料。然而，為了更大限度提高飛行器的推重比、提高效率，結(jié)構(gòu)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也便成為另一個(gè)考量點(diǎn)。因此，多層中空夾芯結(jié)構(gòu)便是從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考量，最大限度發(fā)揮材料的優(yōu)勢(shì)，可以大幅減重，改善結(jié)構(gòu)部件的整體性，進(jìn)而提高效率。目前,DB/SPF (diffus1n bonding/superplastic forming,擴(kuò)散連接 /超塑成形)組合工藝是制造多層中空結(jié)構(gòu)的最常用技術(shù)。但Ti2AlNb合金的高溫強(qiáng)度高，變形困難，因此選用Ti2AlNb合金，并利用常用的DB/SPF工藝制備中空多層結(jié)構(gòu)件較難實(shí)現(xiàn)。因此，如何利用具有更高高溫強(qiáng)度等優(yōu)勢(shì)的Ti2AlNb合金來制造三層中空結(jié)構(gòu)，以憑借材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)合來發(fā)揮Ti2AlNb合金的更大優(yōu)勢(shì)，是本發(fā)明的創(chuàng)新出發(fā)點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決現(xiàn)有常用的DB/SPF工藝制備Ti2AlNb合金中空多層結(jié)構(gòu)件較難實(shí)現(xiàn)的問題，而提供一種制備Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)的方法。
[0004]一種制備Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)的方法是按以下步驟完成的:
[0005]一、Ti2AlNb芯板預(yù)處理:將Ti2AlNb芯板依次經(jīng)過粗磨、精磨、酸洗、清洗及烘干，得到預(yù)處理后的Ti2AlNb芯板；
[0006]二、熱彎曲處理:將預(yù)處理后的Ti2AlNb芯板放入石墨彎曲模具中，并置于真空熱壓爐中，然后以升溫速率為10°c /min?20°C /min，將溫度升至1000°C?1150°C，在溫度為100CTC?115CTC下,保溫1min?30min,以0.5mm/min?lmm/min的速度緩慢對(duì)石墨彎曲模具施加壓力，直至5MPa?lOMPa，然后在壓力為5MPa?1MPa及溫度為1000°C?1150°C下，保溫保壓1min?30min,最后隨爐冷卻直至室溫,得到彎曲的Ti2AlNb芯板；
[0007]三、彎曲的Ti2AlNb芯板二次預(yù)處理:將彎曲的Ti2AlNb芯板依次經(jīng)過精磨、酸洗、清洗及烘干，得到二次預(yù)處理后的彎曲Ti2AlNb芯板；
[0008]四、Ti2AlNb上下面板的預(yù)處理:將Ti2AlNb上下面板依次經(jīng)過粗磨、精磨、酸洗、清洗及烘干，得到預(yù)處理后的Ti2AlNb上下面板；
[0009]五、擴(kuò)散連接:將二次預(yù)處理后的彎曲Ti2AlNb芯板置于預(yù)處理后的Ti2AlNb上下面板之間，形成三層中空結(jié)構(gòu)，再將墊塊置于三層中空結(jié)構(gòu)的中空部分并緊密貼合，然后將放有墊塊的三層中空結(jié)構(gòu)放入石墨擴(kuò)散連接組合模具中并置于真空熱壓爐中，對(duì)石墨擴(kuò)散連接組合模具預(yù)加載IMPa?4MPa壓力，并以升溫速率為10°C /min?20°C /min，將溫度升至1100°C?1250°C，然后對(duì)石墨擴(kuò)散連接組合模具加載壓力至8MPa?15MPa，并在溫度為1100°C?1250°C及壓力為8MPa?15MPa下，保溫保壓lh?2h，最后隨爐冷卻直至室溫，取出墊塊，即得到Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明可以簡單有效的制造Ti2AlNb合金三層中空結(jié)構(gòu)，可以使三層中空結(jié)構(gòu)具有更合理、更均勻的連接位置，三層結(jié)構(gòu)的中間芯板結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)更多復(fù)雜布局，而且壁厚均勻同一，因而此種方法制造的Ti2AlNb合金三層中空結(jié)構(gòu)具有好的整體性。另外也為Ti2AlNb合金多層結(jié)構(gòu)的制造提供一種簡單合理實(shí)用的方法。
[0011]本發(fā)明用于一種制備Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)的方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為芯板熱彎曲成形示意圖；1為預(yù)處理后的Ti2AlNb芯板，2為石墨彎曲模具，P為在石墨彎曲模具上施加的壓力；
[0013]圖2為三層結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散連接示意圖，1為二次預(yù)處理后的彎曲Ti2AlNb芯板，2為預(yù)處理后的Ti2AlNb上下面板，3為墊塊，4為石墨擴(kuò)散連接組合模具沖頭，P為在石墨擴(kuò)散連接組合模具沖頭上施加的壓力；
[0014]圖3為實(shí)施例制備的Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)平面壓縮測(cè)試示意圖，1為Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)，2為壓板，P為在壓板上施加的壓力；
[0015]圖4為實(shí)施例制備的Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)平面壓縮測(cè)試載荷與位移關(guān)系曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0016]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1及2，本實(shí)施方式的一種制備Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)的方法，一種制備Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)的方法是按以下步驟完成的:
[0017]一、Ti2AlNb芯板預(yù)處理:將Ti2AlNb芯板依次經(jīng)過粗磨、精磨、酸洗、清洗及烘干，得到預(yù)處理后的Ti2AlNb芯板；
[0018]二、熱彎曲處理:將預(yù)處理后的Ti2AlNb芯板放入石墨彎曲模具中，并置于真空熱壓爐中，然后以升溫速率為10°c /min?20°C /min，將溫度升至1000°C?1150°C，在溫度為100CTC?115CTC下，保溫lOmin?30min,以0.5mm/min?lmm/min的速度緩慢對(duì)石墨彎曲模具施加壓力，直至5MPa?lOMPa，然后在壓力為5MPa?lOMPa及溫度為1000°C?1150°C下，保溫保壓lOmin?30min,最后隨爐冷卻直至室溫，得到彎曲的Ti2AlNb芯板；
[0019]三、彎曲的Ti2AlNb芯板二次預(yù)處理:將彎曲的Ti2AlNb芯板依次經(jīng)過精磨、酸洗、清洗及烘干，得到二次預(yù)處理后的彎曲Ti2AlNb芯板；
[0020]四、Ti2AlNb上下面板的預(yù)處理:將Ti2AlNb上下面板依次經(jīng)過粗磨、精磨、酸洗、清洗及烘干，得到預(yù)處理后的Ti2AlNb上下面板；
[0021]五、擴(kuò)散連接:將二次預(yù)處理后的彎曲Ti2AlNb芯板置于預(yù)處理后的Ti2AlNb上下面板之間，形成三層中空結(jié)構(gòu)，再將墊塊置于三層中空結(jié)構(gòu)的中空部分并緊密貼合，然后將放有墊塊的三層中空結(jié)構(gòu)放入石墨擴(kuò)散連接組合模具中并置于真空熱壓爐中，對(duì)石墨擴(kuò)散連接組合模具預(yù)加載IMPa?4MPa壓力，并以升溫速率為10°C /min?20°C /min，將溫度升至1100°C?1250°C，然后對(duì)石墨擴(kuò)散連接組合模具加載壓力至8MPa?15MPa，并在溫度為1100°C?1250°C及壓力為8MPa?15MPa下，保溫保壓lh?2h，最后隨爐冷卻直至室溫，取出墊塊，即得到Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)。
[0022]本【具體實(shí)施方式】芯板作為三層中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)，其成形質(zhì)量直接影響到三層結(jié)構(gòu)的性能，因此，熱彎曲芯板的形狀的精確性及彎曲后的整體質(zhì)量是關(guān)鍵。
[0023]本【具體實(shí)施方式】中三層板的擴(kuò)散連接的加壓方式是借助模具限制傳導(dǎo)壓力。
[0024]本【具體實(shí)施方式】步驟五中預(yù)加載步驟是為了是連接接頭處預(yù)先充分接觸，而防止在加熱過程中導(dǎo)致連接處表面污染而在連接處產(chǎn)生不必要缺陷，影響三層結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散連接質(zhì)量，進(jìn)而影響到三層結(jié)構(gòu)的整體性。
[0025]本實(shí)施方式的有益效果是:本實(shí)施方式可以簡單有效的制造Ti2AlNb合金三層中空結(jié)構(gòu)，可以使三層中空結(jié)構(gòu)具有更合理、更均勻的連接位置，三層結(jié)構(gòu)的中間芯板結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)更多復(fù)雜布局，而且壁厚均勻同一，因而此種方法制造的Ti2AlNb合金三層中空結(jié)構(gòu)具有好的整體性。另外也為Ti2AlNb合金多層結(jié)構(gòu)的制造提供一種簡單合理實(shí)用的方法。
[0026]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟五中所述的墊塊為石墨材質(zhì)。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0027]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同的是:步驟二中以升溫速率為10°c /min?15°C /min，將溫度升至1000°C?1100°C，在溫度為1000°C?1100°C下，保溫30min。其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:步驟二中以0.5mm/min的速度緩慢對(duì)石墨彎曲模具施加壓力，直至8MPa?lOMPa。其它與【具體實(shí)施方式】一至三相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是:步驟五中對(duì)石墨擴(kuò)散連接組合模具預(yù)加載IMPa?3MPa壓力。其它與【具體實(shí)施方式】一至四相同。
[0030]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是:步驟五中以升溫速率為10°C /min?15°C /min，將溫度升至1100°C?1200°C，然后對(duì)石墨擴(kuò)散連接組合模具加載壓力至8MPa?lOMPa，并在溫度為1100°C?1200°C及壓力為8MPa?1MPa下，保溫保壓2h。其它與【具體實(shí)施方式】一至五相同。
[0031]采用以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
[0032]實(shí)施例:
[0033]一、Ti2AlNb芯板預(yù)處理:將Ti2AlNb芯板依次經(jīng)過粗磨、精磨、酸洗、清洗及烘干，得到預(yù)處理后的Ti2AlNb芯板；
[0034]二、熱彎曲處理:將預(yù)處理后的Ti2AlNb芯板放入石墨彎曲模具中，并置于真空熱壓爐中，然后以升溫速率為15°C /min,將溫度升至1100°C，在溫度為1100°C下，保溫30min，以0.5mm/min的速度緩慢對(duì)石墨彎曲模具施加壓力，直至lOMPa，然后在溫度為1100°C及壓力為1MPa下，保溫保壓30min，最后隨爐冷卻直至室溫，得到彎曲的Ti2AlNb芯板；
[0035]三、彎曲的Ti2AlNb芯板二次預(yù)處理:將彎曲的Ti2AlNb芯板依次經(jīng)過精磨、酸洗、清洗及烘干，得到二次預(yù)處理后的彎曲Ti2AlNb芯板；
[0036]四、Ti2AlNb上下面板的預(yù)處理:將Ti2AlNb上下面板依次經(jīng)過粗磨、精磨、酸洗、清洗及烘干，得到預(yù)處理后的Ti2AlNb上下面板；
[0037]五、擴(kuò)散連接:將二次預(yù)處理后的彎曲Ti2AlNb芯板置于預(yù)處理后的Ti2AlNb上下面板之間，形成三層中空結(jié)構(gòu)，再將墊塊置于三層中空結(jié)構(gòu)的中空部分并緊密貼合，然后將放有墊塊的三層中空結(jié)構(gòu)放入石墨擴(kuò)散連接組合模具中并置于真空熱壓爐中，對(duì)石墨擴(kuò)散連接組合模具預(yù)加載3MPa壓力，并以升溫速率為15°C /min，將溫度升至1200°C，然后對(duì)石墨擴(kuò)散連接組合模具加載壓力至lOMPa，并在溫度為1200°C及壓力為lOMPa下，保溫保壓2h，最后隨爐冷卻直至室溫，取出墊塊，即得到Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)。
[0038]圖3為實(shí)施例制備的Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)平面壓縮測(cè)試示意圖；圖4為實(shí)施例制備的Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)平面壓縮測(cè)試載荷與位移關(guān)系曲線。由圖3及圖4可知，本實(shí)施例制備的Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)通過平面壓縮測(cè)試，加壓速率lmm/min,結(jié)構(gòu)失效前最大載荷可達(dá)9000N以上(測(cè)試件尺寸36mmX 36mmX 6mm),由此可知，本實(shí)施例制備的Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)具有好的整體性，結(jié)構(gòu)承受載荷能力強(qiáng)。
【權(quán)利要求】
1.一種制備Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于一種制備Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)的方法是按以下步驟完成的: 一、Ti2AlNb芯板預(yù)處理:將Ti2AlNb芯板依次經(jīng)過粗磨、精磨、酸洗、清洗及烘干，得到預(yù)處理后的Ti2AlNb芯板； 二、熱彎曲處理:將預(yù)處理后的Ti2AlNb芯板放入石墨彎曲模具中，并置于真空熱壓爐中，然后以升溫速率為10°C /min?20°C /min，將溫度升至1000°C?1150°C，在溫度為10CTC?115CTC下,保溫1min?30min,以0.5mm/min?lmm/min的速度緩慢對(duì)石墨彎曲模具施加壓力，直至5MPa?lOMPa，然后在壓力為5MPa?1MPa及溫度為1000°C?1150°C下，保溫保壓1min?30min,最后隨爐冷卻直至室溫,得到彎曲的Ti2AlNb芯板； 三、彎曲的Ti2AlNb芯板二次預(yù)處理:將彎曲的Ti2AlNb芯板依次經(jīng)過精磨、酸洗、清洗及烘干，得到二次預(yù)處理后的彎曲Ti2AlNb芯板； 四、Ti2AlNb上下面板的預(yù)處理:將Ti2AlNb上下面板依次經(jīng)過粗磨、精磨、酸洗、清洗及烘干，得到預(yù)處理后的Ti2AlNb上下面板； 五、擴(kuò)散連接:將二次預(yù)處理后的彎曲Ti2AlNb芯板置于預(yù)處理后的Ti2AlNb上下面板之間，形成三層中空結(jié)構(gòu)，再將墊塊置于三層中空結(jié)構(gòu)的中空部分并緊密貼合，然后將放有墊塊的三層中空結(jié)構(gòu)放入石墨擴(kuò)散連接組合模具中并置于真空熱壓爐中，對(duì)石墨擴(kuò)散連接組合模具預(yù)加載IMPa?4MPa壓力，并以升溫速率為10°C /min?20°C /min，將溫度升至1100°C?1250°C，然后對(duì)石墨擴(kuò)散連接組合模具加載壓力至8MPa?15MPa，并在溫度為1100°C?1250°C及壓力為8MPa?15MPa下，保溫保壓Ih?2h，最后隨爐冷卻直至室溫，取出墊塊，即得到Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于步驟五中所述的墊塊為石墨材質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于步驟二中以升溫速率為10°c /min?15°C /min，將溫度升至1000°C?1100°C，在溫度為1000C- 1100°C下，保溫 30min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于步驟二中以0.5mm/min的速度緩慢對(duì)石墨彎曲模具施加壓力，直至8MPa?lOMPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于步驟五中對(duì)石墨擴(kuò)散連接組合模具預(yù)加載IMPa?3MPa壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備Ti2AlNb合金輕質(zhì)三層中空結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于步驟五中以升溫速率為10°C /min?15°C /min，將溫度升至1100°C?1200°C，然后對(duì)石墨擴(kuò)散連接組合模具加載壓力至8MPa?lOMPa，并在溫度為1100°C?1200°C及壓力為8MPa?1MPa下，保溫保壓2h。
【文檔編號(hào)】B32B37/30GK104228310SQ201410531711
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】張凱鋒, 王遠(yuǎn)鑫, 盧振, 蔣少松, 李保永, 姚為 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)