一種TiAl基合金三層波紋結(jié)構(gòu)熱彎曲/擴(kuò)散連接工藝方法
【專利摘要】一種TiAl基合金三層波紋結(jié)構(gòu)熱彎曲/擴(kuò)散連接工藝方法，它涉及一種熱彎曲/擴(kuò)散連接工藝方法。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的熱彎曲/擴(kuò)散連接組合工藝制備三層波紋結(jié)構(gòu)件存在工序時(shí)間長、能耗高、生產(chǎn)效率較低的問題。本發(fā)明的步驟一：表面處理；步驟二：三層波紋結(jié)構(gòu)的擺放；步驟三：熱彎曲擴(kuò)散組合工藝：三層波紋結(jié)構(gòu)件的熱彎曲/擴(kuò)散連接在真空爐內(nèi)進(jìn)行，真空度為10?3?10?4Pa，當(dāng)真空爐內(nèi)的溫度達(dá)到1000?1050℃，且溫度穩(wěn)定之后，上壓頭以1mm/min的速度向下移動，完成上面板、芯板和下面板經(jīng)壓制成形為波紋芯板；待波紋芯板成形之后，逐漸增大壓力，使得芯板與面板之間的壓力達(dá)到20MPa，隨后保持壓力不變，在恒溫恒壓條件下，維持2?3h。本發(fā)明用于三層波紋結(jié)構(gòu)熱彎曲/擴(kuò)散連接。
【專利說明】
一種T i AI基合金三層波紋結(jié)構(gòu)熱彎曲/擴(kuò)散連接工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種彎曲擴(kuò)散連接工藝方，具體涉及一種TiAl基合金三層波紋結(jié)構(gòu)熱彎曲/擴(kuò)散連接工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]TiAl基合金由于其優(yōu)異的性能，例如低密度(3.8g/mm3)，高熔點(diǎn)，高的比強(qiáng)度，優(yōu)良的抗氧化和抗腐蝕性能，以及高溫條件下好的蠕變韌性，作為一種輕質(zhì)高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料在航空航天領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。三層波紋結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)、抗沖擊等諸多優(yōu)點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。目前，TiAl基合金三層結(jié)構(gòu)的主要工藝是波紋芯板熱彎曲/連接的組合工藝，對于連接工藝，常用的技術(shù)主要有釬焊，熔焊和擴(kuò)散焊。對于采用釬焊技術(shù)，在連接界面處易形成具有多種金屬間復(fù)合物的中間層，使得整個(gè)連接界面處的強(qiáng)度不均勻且穩(wěn)定性較差;而對于TiAl基合金熔焊而言，不僅基體有焊接熱裂趨向，而且焊縫區(qū)組織與基體組織不同導(dǎo)致較低的力學(xué)性能；而擴(kuò)散連接由于不引入中間層，不會導(dǎo)致局部組織以及相關(guān)力學(xué)性能的劇烈變化，并且能夠部分或完全消除機(jī)械結(jié)合達(dá)到良好的冶金結(jié)合。因而，熱彎曲/擴(kuò)散連接組合工藝生產(chǎn)TiAl基合金三層波紋結(jié)構(gòu)是一種很合適的工藝。而該工藝主要包括兩部:第一步為TiAl基合金波紋芯板的熱彎曲，第二步為波紋芯板與上下兩層面板的擴(kuò)散連接。高溫彎曲和擴(kuò)散連接均在高溫條件下進(jìn)行，工序時(shí)間較長且能耗較高。因而，找到一種波紋芯板熱彎曲和擴(kuò)散連接在一個(gè)工序下完成的工藝，對于提高三層波紋結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)效率，促進(jìn)結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用，具有重要的作用。
[0003]因此，現(xiàn)有的熱彎曲/擴(kuò)散連接組合工藝制備三層波紋結(jié)構(gòu)件存在工序時(shí)間長、能耗高、生產(chǎn)效率較低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的熱彎曲/擴(kuò)散連接組合工藝制備三層波紋結(jié)構(gòu)件存在工序時(shí)間長、能耗高、生產(chǎn)效率較低的問題。進(jìn)而提供一種TiAl基合金三層波紋結(jié)構(gòu)熱彎曲/擴(kuò)散連接工藝方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種TiAl基合金三層波紋結(jié)構(gòu)熱彎曲/擴(kuò)散連接工藝方法包括以下步驟:
[0006]步驟一:表面處理:
[0007]采用機(jī)械清理和化學(xué)清理相結(jié)合的方法，去除表面氧化層及油污，對板料進(jìn)行腐蝕，保證表面無污染；
[0008]步驟二:三層波紋結(jié)構(gòu)的擺放；
[0009]將下面板鋪設(shè)在下壓頭上，三根條形下墊塊并排設(shè)置在下面板，芯板水平鋪設(shè)在三根條形下墊塊上，兩根上墊塊并排設(shè)置在芯板上，且兩根上墊塊均位于三根條形下墊塊中的相鄰兩根條形下墊塊之間的上方，上面板水平鋪設(shè)在兩根上墊塊上，上壓頭壓裝在上面板上，且上壓頭對上面板、兩根上墊塊、芯板和下面板施加向下的壓力；
[0010]步驟三:熱彎曲擴(kuò)散組合工藝:
[0011]三層波紋結(jié)構(gòu)件的熱彎曲/擴(kuò)散連接在真空爐內(nèi)進(jìn)行，真空度為10—3-10—4Pa，，當(dāng)真空爐內(nèi)的溫度達(dá)到1000-1050 °C，且溫度穩(wěn)定之后，上壓頭以lmm/min的速度向下移動，完成上面板、芯板和下面板經(jīng)壓制成形為波紋芯板;待波紋芯板成形之后，逐漸增大壓力，使得芯板與面板之間的壓力達(dá)到20MPa，隨后保持壓力不變，在恒溫恒壓條件下，維持2-3h，即可完成三層波紋結(jié)構(gòu)件的擴(kuò)散連接。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果:
[0013]本發(fā)明相對于傳統(tǒng)的先熱彎波紋芯板，再擴(kuò)散連接的兩步法，采用改進(jìn)后的模型(指步驟二中提及到的結(jié)構(gòu))能夠快速實(shí)現(xiàn)熱彎曲和擴(kuò)散連接在同一工序內(nèi)完成，避免了材料兩次進(jìn)入高溫環(huán)境，減少了材料的熱暴露，另外成形和擴(kuò)散連接過程一次升溫和降溫即可完成，降低了接近一半的工藝時(shí)間、減少一次加熱過程減少了一次加熱約1/3的能耗、提高了50%左右生產(chǎn)的效率。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明步驟二中提及的去掉上壓頭后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明步驟二中提及的上壓頭未壓裝時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明步驟三中提及的芯板成形之后20MPa壓力下擴(kuò)散連接時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0017]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1至圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種TiAl基合金三層波紋結(jié)構(gòu)熱彎曲/擴(kuò)散連接工藝方法包括以下步驟:
[0018]步驟一:表面處理:
[0019]采用機(jī)械清理和化學(xué)清理相結(jié)合的方法，去除表面氧化層及油污，對板料進(jìn)行表面清理，保證表面無污染；
[0020]步驟二:三層波紋結(jié)構(gòu)的擺放；
[0021]將下面板2鋪設(shè)在下壓頭I上，三根條形下墊塊3并排設(shè)置在下面板2，芯板4水平鋪設(shè)在三根條形下墊塊3上，兩根上墊塊5并排設(shè)置在芯板4上，且兩根上墊塊5均位于三根條形下墊塊3中的相鄰兩根條形下墊塊3之間的上方，上面板6水平鋪設(shè)在兩根上墊塊5上，上壓頭7壓裝在上面板6上，且上壓頭7對上面板6、兩根上墊塊5、芯板4和下面板2施加向下的壓力；
[0022]步驟三:熱彎曲擴(kuò)散組合工藝:
[0023]三層波紋結(jié)構(gòu)件的熱彎曲/擴(kuò)散連接在真空爐內(nèi)進(jìn)行，真空度為10—3_10—4Pa，當(dāng)真空爐內(nèi)的溫度達(dá)到1000-1050 °C，且溫度穩(wěn)定之后，上壓頭7以lmm/min的速度向下移動，完成上面板6、芯板4和下面板2經(jīng)壓制成形為波紋芯板;待波紋芯板成形之后，逐漸增大壓力，使得芯板與面板之間的壓力達(dá)到20MPa左右，隨后保持壓力不變，在恒溫恒壓條件下，維持2-3h，即可完成三層波紋結(jié)構(gòu)件的成形。
[0024]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖1至圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的上面板6、芯板4和下面板2均為矩形板。上面板6和下面板2的在長度方向上的尺寸等于或小于芯板4的長度。其它組成和連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0025]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖1至圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟三中的待波紋芯板成形之后，壓力以每分鐘2-3MPa的速度繼續(xù)增大，直至芯板與面板之間的壓力達(dá)到20MPa左右。在該壓力作用和恒溫條件下，保持2-3h，以實(shí)現(xiàn)上面板6和芯板4以及下面板2和芯板4之間的擴(kuò)散連接。其它組成和連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0026]為了能夠壓制出最佳的波紋芯板，熱彎曲溫度以1050°C時(shí)為最佳，對于擴(kuò)散連接，為形成優(yōu)良的擴(kuò)散連接界面，壓力以達(dá)到12MPa，連接時(shí)間3h為最佳，此時(shí)可形成無缺陷的連接界面，界面強(qiáng)度高。
[0027]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖1至圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟一中的機(jī)械清理采用砂紙打磨的方法去除表面的氧化層。砂紙采用SiC顆粒砂紙，從200#依次打磨至800#，保證表面無明顯的大劃痕。其它組成和連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一、二或三相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖1至圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟一中的化學(xué)清理為酸洗，利用酒精除去上面板6、芯板4和下面板2的表面油污，并采用化學(xué)試劑對表面的氧化層進(jìn)行腐蝕，酸洗溶液的成分配比為氫氟酸:硝酸:水=1:6:13，酸洗后的表面要進(jìn)行酒精清洗除掉表面殘余的酸洗溶液，吹干上面板6、芯板4和下面板2表面，將清理后的上面板6、芯板4和下面板2放在通風(fēng)、干燥、清潔的環(huán)境中，保證表面在清理之后不被污染。其它組成和連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一、二、三或四相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】六:結(jié)合圖1至圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的上墊塊和下墊塊均為矩形條狀墊塊。墊塊材料與試驗(yàn)材料之間不會發(fā)生連接。其它組成和連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一、二、三、四或五相同。
[0030]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明的，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，以及應(yīng)用到本發(fā)明未提及的領(lǐng)域中，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種TiAl基合金三層波紋結(jié)構(gòu)熱彎曲/擴(kuò)散連接工藝方法，其特征在于:它包括以下步驟: 步驟一:表面處理: 采用機(jī)械清理和化學(xué)清理相結(jié)合的方法，去除表面氧化層及油污，對板料進(jìn)行腐蝕，保證表面無污染； 步驟二:三層波紋結(jié)構(gòu)的擺放； 將下面板(2)鋪設(shè)在下壓頭(I)上，三根條形下墊塊(3)并排設(shè)置在下面板(2)，芯板(4)水平鋪設(shè)在三根條形下墊塊(3)上，兩根上墊塊(5)并排設(shè)置在芯板(4)上，且兩根上墊塊(5)均位于三根條形下墊塊(3)中的相鄰兩根條形下墊塊(3)之間的上方，上面板(6)水平鋪設(shè)在兩根上墊塊(5)上，上壓頭(7)壓裝在上面板(6)上，且上壓頭(7)對上面板(6)、兩根上墊塊(5)、芯板(4)和下面板(2)施加向下的壓力； 步驟三:熱彎曲/擴(kuò)散組合工藝: 三層波紋結(jié)構(gòu)件的熱彎曲/擴(kuò)散連接在真空爐內(nèi)進(jìn)行，真空度為10—3-10—4Pa，，當(dāng)真空爐內(nèi)的溫度達(dá)到1000-1050°C，且溫度穩(wěn)定之后，上壓頭(7)以lmm/min的速度向下移動，完成上面板(6)、芯板(4)和下面板(2)經(jīng)壓制成形為波紋芯板;待波紋芯板成形之后，逐漸增大壓力，使得芯板與面板之間的壓力達(dá)到20MPa，隨后保持壓力不變，在恒溫恒壓條件下，維持2-3h，即可完成三層波紋結(jié)構(gòu)件的成形。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TiAl基合金三層波紋結(jié)構(gòu)熱彎曲/擴(kuò)散連接工藝方法，其特征在于:上面板(6)、芯板(4)和下面板(2)均為矩形板。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種TiAl基合金三層波紋結(jié)構(gòu)熱彎曲/擴(kuò)散連接工藝方法，其特征在于:步驟三中的待波紋芯板成形之后，以每分鐘增加2-3MPa的壓力增大，直至芯板與面板之間的壓力達(dá)到20MPa。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種TiAl基合金三層波紋結(jié)構(gòu)熱彎曲/擴(kuò)散連接工藝方法，其特征在于:步驟一中的機(jī)械清理采用砂紙打磨的方法去除表面的氧化層。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種TiAl基合金三層波紋結(jié)構(gòu)熱彎曲/擴(kuò)散連接工藝方法，其特征在于:步驟一中的化學(xué)清理為酸洗，利用酒精除去上面板(6)、芯板(4)和下面板(2)的表面油污，并采用化學(xué)試劑對表面的氧化層進(jìn)行腐蝕，酸洗溶液的成分配比為氫氟酸:硝酸:水=1:6:13，酸洗后的表面要進(jìn)行酒精清洗除掉表面殘余的酸洗溶液，吹干上面板(6)、芯板(4)和下面板(2)表面，將清理后的上面板(6)、芯板(4)和下面板(2)放在通風(fēng)、干燥、清潔的環(huán)境中，保證表面在清理之后不被污染。
【文檔編號】B21D13/02GK105945417SQ201610389453
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】張凱鋒, 杜志豪
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)