專利名稱：具有由金屬基復(fù)合材料制成的插件的部件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造金屬部件的方法，該金屬部件具有由金屬基復(fù)合材料制成的增強(qiáng) 部，在這種類型的材料在金屬基體中具有陶瓷纖維。
背景技術(shù)：
特別在航空領(lǐng)域，致力于以盡可能小的質(zhì)量生產(chǎn)具有最優(yōu)機(jī)械性能的部件。為此 目的，由金屬基復(fù)合材料制成的插件被包含在特定部件中。這種復(fù)合材料包括被嵌入金屬 基體(例如鈦合金)中的陶瓷纖維(例如碳化硅纖維)。陶瓷纖維的性能是具有很高的拉 伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度，大于金屬的拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度。金屬基體提供的功能是作為部件的 粘合劑，以及保護(hù)和隔離纖維。用于制造這種具有增強(qiáng)物的部件的已知方法包括生產(chǎn)圍繞心軸的被涂覆絲線的 繞線。該繞線然后合并到金屬主體或容器中，在金屬主體或容器中預(yù)先機(jī)加工出形成殼體 的縫。縫的深度大于繞線的高度。蓋設(shè)置在容器上并焊接到其周邊。蓋具有與縫互補(bǔ)的榫 的形狀，其高度與設(shè)置在縫中以填充縫的繞線的高度匹配。然后，執(zhí)行熱等靜壓步驟，在熱 等靜壓過程中，繞線被榫壓密。被涂覆絲線的金屬護(hù)套通過擴(kuò)散被焊接到一起并焊接到縫 壁，以形成由金屬合金構(gòu)成的致密組件，其中陶瓷纖維在金屬合金內(nèi)沿環(huán)形延伸。然后，所 獲得的部件被機(jī)加工，以形成所希望的形狀。為了簡化這種部件的制造，而不是單獨(dú)制造插件，然后將其傳送到主體中的縫， SNECMA名下的專利FR 2 886 290提出，在主體上直接生產(chǎn)繞線。作為縫的替代方式，在主 體中提供兩個(gè)臺(tái)肩。第一臺(tái)肩具有支承表面，用于被涂覆絲線的直接繞線。此表面平行于 繞線方向。當(dāng)繞線完成時(shí)，通過將一部件設(shè)置在主體上而重構(gòu)縫，所述部件與第二臺(tái)肩在形 狀上互補(bǔ)，從而相對(duì)于第一臺(tái)肩形成臺(tái)階。然后，具有榫的蓋被設(shè)置在才被繞線的插件上， 然后壓密所述組件。前述制造技術(shù)涉及殼體的精密機(jī)加工，在通過壓縮插件生產(chǎn)出部件坯體之后，將 各元件焊接到一起，進(jìn)行機(jī)加工操作，以獲得所述部件。這些操作因而不僅涉及機(jī)加工大量 材料，而且還涉及難以執(zhí)行的機(jī)加工操作。為此原因，這種類型的部件的制造成本高，因而 希望盡可能降低制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，對(duì)這種類型的具有增強(qiáng)部的部件的制造進(jìn)行改進(jìn)，以降 低其制造成本。根據(jù)本發(fā)明用于制造包括陶瓷纖維增強(qiáng)部的金屬部件的方法包括以下步驟-通過組裝被金屬涂覆的陶瓷纖維，形成插件；-制備中空金屬模具，其內(nèi)部容積對(duì)應(yīng)于將被生產(chǎn)部件的封閉結(jié)構(gòu)；-將插件合并到金屬模具中，合并的方式使得插件與模具的壁間隔開；-用金屬粉末填充模具；
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_用蓋封閉模具，并在封閉結(jié)構(gòu)中形成真空，且將蓋焊接到模具；-在足以使模具的封閉結(jié)構(gòu)變形的溫度和壓力下，對(duì)組件進(jìn)行熱等靜壓，用于壓密 粉末和纖維并用于粘合粉末顆粒和纖維；和-去除模具，并在適合時(shí)進(jìn)行機(jī)加工而實(shí)現(xiàn)所希望的形狀。通過在熱等靜壓操作中利用粉末技術(shù)，可直接生產(chǎn)出具有高精尺寸、良好機(jī)械性 能和優(yōu)良冶金均勻性的部件。而且，可選擇通過所述方法形成的部件幾何形狀，使得部件盡 可能近似于所限定部件，而不需要或很少需要機(jī)加工操作。所述方法允許使用一個(gè)插件或多個(gè)不同形狀的插件，這取決于部件和增強(qiáng)部的所 希望形狀。每個(gè)插件因而可以是環(huán)形形狀。更特別地，部件可以是軸對(duì)稱的，或者可具有至 少一個(gè)平直部分。當(dāng)插件平直時(shí)，即采取平直段的形式，則其優(yōu)選通過使被涂覆絲線一起經(jīng) 歷熱等靜壓處理而形成。當(dāng)至少兩個(gè)插件被置于模具中時(shí)，它們可重疊。該布置取決于將被制造的部件的 結(jié)構(gòu)和所期望的機(jī)械性能。為了限制在獲得的坯體上進(jìn)行機(jī)加工操作，在模具內(nèi)提供突出部以減小將在機(jī)加 工去除材料的區(qū)域中被填充的金屬粉末的量。這些突出部在由陶瓷纖維所增強(qiáng)的區(qū)域之間 的所述金屬部分中限定腔。專利EP 1 669 144公開了也通過粉末冶金制造金屬零件，例如具有內(nèi)部增強(qiáng)物 的中空葉片。然而，該方法涉及生產(chǎn)預(yù)成形體，然后對(duì)此預(yù)成形體進(jìn)行成形以生產(chǎn)中空零 件。這樣的方法不適于實(shí)施本發(fā)明。文獻(xiàn)GB 2 280 909公開了一種包括陶瓷纖維增強(qiáng)部的金屬部件的制造。金屬涂 覆纖維被卷繞到支撐物上。組件被箔覆蓋，整個(gè)組件經(jīng)歷熱等靜壓操作。然而，這樣的技術(shù) 不允許通過中空模具制造其中設(shè)置有預(yù)制插件的部件。EP 997 549和DE 4 335 557這兩 篇文獻(xiàn)均未公開通過多條纖維形成插件。


通過參照附圖閱讀以下描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，其中圖1顯示出現(xiàn)有技術(shù)容器，用于生產(chǎn)具有由陶瓷基復(fù)合材料制成的插件的細(xì)長形 狀部件；圖2顯示從上方看，根據(jù)本發(fā)明的用于生產(chǎn)部件的模具，其中未示出其蓋；圖3顯示從側(cè)方在縱向截面中看，圖2的模具；圖4顯示從側(cè)方并在縱向截面中看，支撐模具中的插件的另一方法；圖5顯示從側(cè)方并在縱向截面中看，用于獲得具有更多材料的部件的模具實(shí)施 例；圖6顯示出圖5中所示類型的模具中獲得的部件，其以透明方式顯示并存在被切 除部分；圖7顯示從側(cè)方并在縱向截面中看，用于獲得對(duì)稱部件的模具的另一實(shí)施例；圖8顯示出圖7中所示類型的模具中獲得的部件，其以透明方式顯示并存在被切 除部分；和圖9顯示出圖2、3、4和5中所示類型的模具中獲得的部件，其以透明方式顯示。
具體實(shí)施例方式圖1顯示出現(xiàn)有技術(shù)中的細(xì)長形狀的容器4，用于生產(chǎn)具有由金屬基復(fù)合材料制 成的插件的部件。已經(jīng)在容器中機(jī)加工出縫41，以容納插件3?？p和插件具有互補(bǔ)形狀， 使得插件被裝配到縫中而沒有任何間隙。然后，蓋5覆蓋組件并具有在圖中不可見的突出 表面，以施力于縫中的插件。在組件中形成真空，蓋通過例如電子束焊接而被焊接。然后 組件被置于適合的封閉結(jié)構(gòu)中，并在其中經(jīng)歷熱等靜壓操作而承受高壓和高溫(1000巴和 IOOO0C )。具有包括至少一個(gè)平直部分的插件的制造技術(shù)在申請(qǐng)人名下的2007年7月26 日的專利申請(qǐng)F(tuán)R 07/05453和FR 07/05454中進(jìn)行描述。由此生產(chǎn)的坯體然后被機(jī)加工以獲得所希望的形狀。如在上述專利申請(qǐng)中所示， 可獲得具有復(fù)雜形狀的部件，例如用于飛機(jī)起落架的部件。本發(fā)明的解決方案允許更經(jīng)濟(jì)地獲得這樣的部件。首先，制備鋼制模具，其具有與將被制造的部件近似的中空形狀。圖2和3顯示出這種模具10，用于生產(chǎn)大致細(xì)長形狀的部件。這種模具中空，并具 有平坦的底部IOa和限定厚度的壁10b，且具有對(duì)應(yīng)于成品部件厚度的高度。其在腔中包括 突出部11、12 和13。根據(jù)此圖中的示例，突出部具有的高度允許它們與將模具封閉的蓋14 接觸。然而，所述高度可較小，如圖5中所示的那樣。插件15設(shè)置在模具中。此插件在此包括在兩個(gè)半圓形部分之間的兩個(gè)平直部分。 在這種類型插件的情況下，平直部分可平行或不平行，半圓形部分可具有或不具有相同直徑。插件非限制性地根據(jù)專利FR 2 886 290所描述的方法之一生產(chǎn)。這包括被涂覆 絲線的結(jié)構(gòu)、其制造、被涂覆絲線的粘合層的制造、將這一層粘合到進(jìn)行繞線的金屬支撐 物或粘合到下層、通過激光焊接或通過兩個(gè)電極間的接觸來焊接絲線。如果插件包括至 少一個(gè)平直部分，其則更特別地使用申請(qǐng)人名下的2007年7月26日提交的專利申請(qǐng)F(tuán)R 07/05453或FR 07/05454中所給出的方法之一進(jìn)行生產(chǎn)。這樣，可通過多條被涂覆絲線而 獲得插件，且每條絲線包括被涂覆以金屬護(hù)套的陶瓷纖維，采用圍繞軸對(duì)稱部件繞線的步 驟，繞線的一部分沿平直方向進(jìn)行。如果插件形成平直段，則其可由具有平直部分的插件坯 體獲得，插件坯體被壓密并然后被切為各平直段。插件位于腔內(nèi)，并與模具壁分隔開。用于將插件保持在模具中的一種方式包括將 插件置于支撐物16上(在這種情況下，支撐物16可具有在插件整個(gè)長度上對(duì)應(yīng)于插件的 寬度)，或者置于在插件之下分布的銷上。這種支撐物優(yōu)選地由與所述粉末相同的金屬制 成。在一個(gè)實(shí)施例中，支撐物可包括具有L形截面的部件16 ’，如圖4中所示。在這種情 況下，支撐物有利地由其上卷繞被涂覆絲線以構(gòu)成插件的心軸形成，如專利FR 2 886 920 中所描述的那樣。模具被填充以金屬粉末18。在這種類型的應(yīng)用中，金屬可為鈦合金，例如合金 TA6V，或鎳合金，例如Incormel 625，或不銹鋼。所用的合金具有適于粉末冶金的顆粒尺寸 分布。粉末可在將插件置于模具中之前被部分地引入模具中，在適合時(shí)可在模具中將粉末預(yù)壓密。然后填充模具。蓋14被設(shè)置在如此填充的模具上，在腔中形成真空。然后，通過焊接密封該封閉 結(jié)構(gòu)。如此制備的模具被置于熱等靜壓封閉結(jié)構(gòu)中。該封閉結(jié)構(gòu)可使部件在1000°C的溫 度下和1000巴的壓力下保持?jǐn)?shù)小時(shí)。在這些條件下，模具由于插件和粉末均產(chǎn)生20-25% 的體積減小而變形。在此操作之后，粉末完全致密化，且沒有氣孔存留。所有接觸部分通過擴(kuò)散焊接被 焊接到一起。被涂覆絲線被焊接到一起而形成基體，所述基體內(nèi)包含陶瓷纖維。構(gòu)成插件 基體的金屬與構(gòu)成粉末的金屬相同。然而，所述金屬可以不同。然后通過使用酸進(jìn)行選擇性溶解或通過機(jī)械方式而去除模具。在適合時(shí)，部件被 機(jī)加工以獲得所希望的形狀。這種方法可改變部件構(gòu)造。在前述示例中，突出部在模具腔的整個(gè)高度上延伸。使 用最少量的材料并獲得部件20，例如圖9中所示的具有通孔21、22和23的部件。以透明方 式，可見合并到金屬體中的插件15。圖9顯示出由此可通過實(shí)施本發(fā)明而生產(chǎn)的部件示例。獲得此部件的成本與包括 熱壓操作后進(jìn)行機(jī)加工的技術(shù)相比降低至約30%。在圖5中所示示例中，模具50的突出部51、52和53僅部分地在模具腔高度上延 伸。部件50’通過被減除部分51’、52’、53’而獲得，但不具有如圖6中可見的通孔。以透 明方式，在圖中可見插件。在圖7中所示示例中，使用模具70及其相關(guān)聯(lián)的蓋71，其具有相對(duì)于中心壁74對(duì) 稱的突出部72、73。圖8中所示模具70’是對(duì)稱的。
權(quán)利要求
一種制造金屬部件的方法，該金屬部件包括至少一個(gè)陶瓷纖維增強(qiáng)物(15)，所述方法包括以下步驟 通過使被金屬涂覆的陶瓷纖維組裝成束，形成至少一個(gè)插件(15)； 將所述插件包含到中空的金屬模具(10)中，所述包含的方式使得所述插件與所述模具的壁(10a，10b)分隔開； 用金屬粉末填充所述模具； 在所述模具中形成真空且封閉所述模具； 在足以使所述粉末的顆粒和所述插件的被涂覆纖維粘合的溫度和壓力下，對(duì)組件進(jìn)行熱等靜壓；和 去除所述模具，并在適合時(shí)進(jìn)行機(jī)加工而實(shí)現(xiàn)所希望的形狀。
2.如前一權(quán)利要求所述的方法，其中所述插件為環(huán)形形狀，特別是軸對(duì)稱形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述插件具有至少一個(gè)平直的部分。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述插件是平直的，并由被涂覆絲線形成，所述被涂 覆絲線共同經(jīng)歷熱等靜壓處理。
5.如前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述插件通過使用支撐部(16，16’) 而被設(shè)置在所述模具中。
6.如前一權(quán)利要求所述的方法，其中所述支撐部是用于纏繞所述插件的心軸。
7.如前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其中至少兩個(gè)插件設(shè)置在所述模具中。
8.如前一權(quán)利要求所述的方法，其中所述兩個(gè)插件被設(shè)置為重疊。
9.如前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其中在所述模具(10，50，70)中設(shè)有突出 部(11，12，13 ；51，52，53 ；72，73)，所述突出部在所述金屬部件中由所述陶瓷纖維增強(qiáng)的區(qū) 域之間限定了腔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造金屬部件的方法，該金屬部件包括陶瓷纖維制成的增強(qiáng)物(15)。該方法包括以下步驟通過使被金屬涂覆的纖維組裝成束，形成至少一個(gè)環(huán)形插件(15)；將所述插件放置到中空的金屬模具(10)中，使得該插件與所述模具的壁(10a，10b)分隔開；用金屬粉末填充所述模具；在所述模具中形成真空且封閉所述模具；在足以使所述粉末顆粒之間粘合以及插件纖維與所述粉末顆粒粘合的溫度和壓力下，對(duì)組件進(jìn)行熱等靜壓；去除該模具，選擇性地進(jìn)行機(jī)加工至所希望的形狀。
文檔編號(hào)C22C47/20GK101918609SQ200880123123
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者理查德·馬松 申請(qǐng)人:梅西耶-道提股份有限公司