專利名稱：一種鈦合金異型材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈦合金異型材及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著飛行器要求越飛越快，飛行器外殼的冷卻要求越來越高，而飛行器的外形尺寸則要求越來越小，有效載荷又需要提高，給冷卻效率提出了更高的要求。
傳統(tǒng)的飛行器外殼都是實(shí)心板，再根據(jù)功能件的不同要求在內(nèi)側(cè)或外側(cè)增加隔熱層。而金屬實(shí)心板是整體傳熱的，傳熱速度十分迅速。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題就在于克服現(xiàn)有飛行器外殼冷卻效果不夠理想的缺陷，提供一種鈦合金異型材及其制造方法，它設(shè)計(jì)成空心結(jié)構(gòu)，并將空心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可通冷卻液的流道，這樣不僅能使體積傳熱變成線傳熱，還能增加大面積的冷卻液隔熱，同時考慮到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度，就形成了在保證相同強(qiáng)度與剛度的同時，最大限度的滿足冷卻要求。它利用了鈦合金超塑成型與擴(kuò)散連接組合工藝技術(shù)，巧妙地應(yīng)用了精密鑄造工藝中的可溶性型芯技術(shù)，通過二次成型，完成了鈦合金異型材料的加工，使其成為功能性材料，為飛行器艙體提供了在保證強(qiáng)度和剛度的條件下，具有冷卻功能的材料，具有廣泛的應(yīng)用前景。
為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明鈦合金異型材，所述鈦合金異型材為帶冷卻槽夾層的多層鈦合金空心結(jié)構(gòu)板材，它由厚度為0.3～1.0mm的內(nèi)襯鈦合金板、厚度為0.3～1.0mm的外層鈦合金板、及內(nèi)襯板和外層板之間的鈦合金冷卻槽夾層板構(gòu)成，各板層之間的分子相互滲透，形成無界面的同種基體，板材厚度為2.0～10.0mm。
本發(fā)明同時公開了制造所述的鈦合金異型材的方法，它包括下列步驟模具的制造、板材制備、安裝模具并升溫成型、擴(kuò)散連接、第一次成型、第二次成型、冷卻和切割工藝邊。
本發(fā)明方法中所述模具的制造根據(jù)冷卻槽夾層結(jié)構(gòu)采用水溶性型芯二次成型，在完成首次成型后，用水溶解掉水溶性型芯，再進(jìn)行二次成型，選用水溶性材料，用數(shù)控機(jī)床加工其型面，使之符合冷卻槽夾層結(jié)構(gòu)要求本發(fā)明方法中所述板材制備為用高壓水切割機(jī)進(jìn)行展開料的精確下料，經(jīng)酸洗烘干后，涂阻焊劑，并二次烘干，使激活面與外激活面及工藝邊清晰分開，安放水溶性型芯，并將其限位固定，將4層不同厚度的鈦合金板材疊放并焊工藝邊使其形成密封艙室，之后焊進(jìn)氣嘴和出氣嘴。
本發(fā)明方法中所述安裝模具并升溫成型、擴(kuò)散連接、帶冷卻槽夾層結(jié)構(gòu)成型步驟為將已加工好的模具清潔干凈，涂好潤滑劑和保護(hù)劑，安裝在900噸超塑成型機(jī)上，進(jìn)行冷試模合格后，開始升溫，設(shè)定溫度為920℃；當(dāng)爐溫和模具溫度均勻達(dá)到920℃±13℃時，開啟爐門，將焊好工藝邊的板材放入模具中，預(yù)熱40分鐘，之后閉合模具，按工藝規(guī)程施加曲線壓力，在5分鐘內(nèi)使模具壓邊力達(dá)到650噸，保壓保溫2小時，使被激活的分子進(jìn)行充分的擴(kuò)散，形成同一基體。
本發(fā)明方法中第一次成型步驟為在完成擴(kuò)散連接后，分通道增加氣壓，保持940℃±10℃先完成立面方向的成型，壓力為200±20噸，保壓時間45分鐘，再完成橫面方向的成型，壓力為240±20噸，保壓時間45分鐘。
本發(fā)明方法中第二次成型步驟為第一次成型后，取出成型后的板材，放在玻璃纖維板上空冷，將水溶性型芯溶出后，清洗零件并烘干備用；將取出水溶性型芯的半成品放入940±10℃的模具中，增加氣壓到350±20噸，保壓時間為40分鐘。
本發(fā)明方法中所述冷卻和切割工藝邊步驟為取出成型后的板材，放在玻璃纖維板上空冷，將上述空冷后的板材置于高壓水切割設(shè)備上，用高壓水切割掉工藝邊，達(dá)到要求的尺寸。
本發(fā)明利用了鈦合金超塑成型與擴(kuò)散連接組合工藝技術(shù)，巧妙地應(yīng)用了精密鑄造工藝中的可溶性型芯技術(shù)，通過二次成型，完成了鈦合金異型材料的加工，使其成為功能性材料，為飛行器艙體提供了在保證強(qiáng)度和剛度的條件下，具有冷卻功能的材料，具有廣泛的應(yīng)用前景。
本發(fā)明設(shè)計(jì)空心結(jié)構(gòu)，并將空心結(jié)構(gòu)高計(jì)成可通冷卻液的流道，這樣不僅能使體積傳熱變成線傳熱，還能增加大面積的冷卻液隔熱，同時考慮到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度，就形成了在保證相同強(qiáng)度與剛度的同時，最大限度的滿足冷卻要求。
具體實(shí)施例方式
1、模具設(shè)計(jì)考慮到冷卻通道的特殊結(jié)構(gòu)，氣體壓力無法一次完成成型，所以需設(shè)計(jì)水溶性型芯，在完成首次成型后，用水溶解掉水溶性型芯，再進(jìn)行二次成型，實(shí)現(xiàn)最終設(shè)計(jì)。
2、模具的制造用高壓水切割機(jī)進(jìn)行展開料的精確下料(用美國PA公司生產(chǎn)的精度為±0.05高壓水切割機(jī))，經(jīng)酸洗烘干后，涂阻焊劑，并二次烘干。將4層不同厚度的鈦合金板材疊放并焊工藝邊、進(jìn)出氣嘴。
3、型芯的制造選用水溶性材料，用數(shù)控機(jī)床加工其型面，符合設(shè)計(jì)要求4、下料通過計(jì)算不同厚度鈦合金板材的高溫變形量和吹脹成型時材料的流動性，確定放縮系數(shù)和下料尺寸，并利用高壓水切割機(jī)進(jìn)行精確下料(水切割設(shè)備的精度為±0.05mm)，有效加工尺寸為2000×4000×300mm，美國PAR公司出品)，用水切割下料主要是為了避免切割時產(chǎn)生金屬共熔層，影響后工序焊接質(zhì)量。
5、酸洗在弱酸溶液中浸泡50-60分鐘，之后加手工輔助刷洗，之后再用清水漂洗，達(dá)到除油和清潔材料表面的目的。
6、烘干在烘箱中用120℃±10℃的溫度烘干上述漂洗過的板材。
7、貼保護(hù)膜將烘干后的板材轉(zhuǎn)入潔凈工作間中的工作臺，貼涂裝保護(hù)膜。
8、涂阻焊劑按工藝規(guī)程涂阻焊劑，并將其烘干。
9、去除保護(hù)膜去除保護(hù)膜，使激活面與外激活面及工藝邊清晰分開。
10、安放水溶性型芯安放水溶性型芯，并將其限位固定。
11、焊工藝邊將3層以上(含三層)，0.2～5.0mm，等厚度或不等厚度已涂好阻焊劑并去除了保護(hù)膜的板材疊放，焊接工藝邊，使其形成密封艙室，之后焊進(jìn)氣嘴和出氣嘴。
12、安裝模具并升溫成型設(shè)備將已加工好的模具清潔干凈，涂好潤滑劑和保護(hù)劑，安裝在美國ACCUDYNE公司出品的900噸超塑成型機(jī)上(該設(shè)備為四立柱式液壓結(jié)構(gòu)，有效工作面積為1500×2500×1100mm，電熱管分區(qū)加熱形式，溫度均勻性為±10℃，可移出式陶瓷工作平臺，最高工作溫度1100℃)，進(jìn)行冷試模合格后，開始升溫，設(shè)定溫度為920℃。
13、擴(kuò)散連接當(dāng)爐溫和模具溫度均勻達(dá)到920℃±13℃時，開啟爐門，將焊好工藝邊的板材放入模具中，預(yù)熱40分鐘，之后閉合模具，按工藝規(guī)程施加曲線壓力，在5分鐘內(nèi)使模具壓邊力達(dá)到650噸，保壓保溫2小時，使被激活的分子進(jìn)行充分的擴(kuò)散，形成同一基體。
14、第一次成型在完成擴(kuò)散連接后，分通道增加氣壓，保持940℃±10℃先完成立面方向的成型，壓力為200±20噸，保壓時間45分鐘，再完成橫面方向的成型，壓力為240±20噸，保壓時間45分鐘。
15、取件和冷卻完成成型后，打開爐門，移出工作臺，取下測溫?zé)犭娕?，用天車取出成型后的板材，放在玻璃纖維板上空冷。
16、取出不溶性型芯將水溶性型芯溶出后，清洗零件并烘干備用。
17、第二次成型將取出水溶性型芯的半成品放入940±10℃的模具中，增加氣壓到350±20噸，保壓時間為40分鐘。
18、取件和冷卻完成成型后，打開爐門，移出工作臺，取下測溫?zé)犭娕?，用天車取出成型后的板材，放在玻璃纖維板上空冷。
19、切割工藝邊將上述空冷后的板材置于高壓水切割設(shè)備上，用高壓水切割掉工藝邊，達(dá)到要求的尺寸。
通過上述步驟即可制造出鈦合金異型材，它的內(nèi)襯鈦合金板厚度為0.3～1.0mm、外層鈦合金板厚度為0.3～1.0mm的、內(nèi)襯板和外層板之間為鈦合金冷卻槽夾層板，各板層之間的分子相互滲透，形成無界面的同種基體，鈦合金異型材板材厚度為2.0～10.0mm。
本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下得出的其他任何與本發(fā)明相同或相近似的產(chǎn)品，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鈦合金異型材，其特征在于所述鈦合金異型材為帶冷卻槽夾層的多層鈦合金空心結(jié)構(gòu)板材，它由厚度為0.3～1.0mm的內(nèi)襯鈦合金板、厚度為0.3～1.0mm的外層鈦合金板、及內(nèi)襯板和外層板之間的鈦合金冷卻槽夾層板構(gòu)成，各板層之間的分子相互滲透，形成無界面的同種基體，板材厚度為2.0～10.0mm。
2.一種制造如權(quán)利要求所述的鈦合金異型材的方法，其特征在于它包括下列步驟模具的制造、板材制備、安裝模具并升溫成型、擴(kuò)散連接、第一次成型、第二次成型、冷卻和切割工藝邊。
3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述模具的制造根據(jù)冷卻槽夾層結(jié)構(gòu)采用水溶性型芯二次成型，在完成首次成型后，用水溶解掉水溶性型芯，再進(jìn)行二次成型，選用水溶性材料，用數(shù)控機(jī)床加工其型面，使之符合冷卻槽夾層結(jié)構(gòu)要求
4.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述板材制備為用高壓水切割機(jī)進(jìn)行展開料的精確下料，經(jīng)酸洗烘干后，涂阻焊劑，并二次烘干，使激活面與外激活面及工藝邊清晰分開，安放水溶性型芯，并將其限位固定，將4層不同厚度的鈦合金板材疊放并焊工藝邊使其形成密封艙室，之后焊進(jìn)氣嘴和出氣嘴。
5.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述安裝模具并升溫成型、擴(kuò)散連接、帶冷卻槽夾層結(jié)構(gòu)成型步驟為將已加工好的模具清潔干凈，涂好潤滑劑和保護(hù)劑，安裝在900噸超塑成型機(jī)上，進(jìn)行冷試模合格后，開始升溫，設(shè)定溫度為920℃；當(dāng)爐溫和模具溫度均勻達(dá)到920℃±13℃時，開啟爐門，將焊好工藝邊的板材放入模具中，預(yù)熱40分鐘，之后閉合模具，按工藝規(guī)程施加曲線壓力，在5分鐘內(nèi)使模具壓邊力達(dá)到650噸，保壓保溫2小時，使被激活的分子進(jìn)行充分的擴(kuò)散，形成同一基體。
6.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述第一次成型步驟為在完成擴(kuò)散連接后，分通道增加氣壓，保持940℃±10℃先完成立面方向的成型，壓力為200±20噸，保壓時間45分鐘，再完成橫面方向的成型，壓力為240±20噸，保壓時間45分鐘。
7.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述第二次成型步驟為第一次成型后，取出成型后的板材，放在玻璃纖維板上空冷，將水溶性型芯溶出后，清洗零件并烘干備用；將取出水溶性型芯的半成品放入940±10℃的模具中，增加氣壓到350±20噸，保壓時間為40分鐘。
8.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述冷卻和切割工藝邊步驟為取出成型后的板材，放在玻璃纖維板上空冷，將上述空冷后的板材置于高壓水切割設(shè)備上，用高壓水切割掉工藝邊，達(dá)到要求的尺寸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈦合金異型材，所述鈦合金異型材為帶冷卻槽夾層的多層鈦合金空心結(jié)構(gòu)板材，它由厚度為0.3～1.0mm的內(nèi)襯鈦合金板、厚度為0.3～1.0mm的外層鈦合金板、及內(nèi)襯板和外層板之間的鈦合金冷卻槽夾層板構(gòu)成，各板層之間的分子相互滲透，形成無界面的同種基體，板材厚度為2.0～10.0mm。它的制造方法包括下列步驟模具的制造、板材制備、安裝模具并升溫成型、擴(kuò)散連接、第一次成型、第二次成型、冷卻和切割工藝邊。它利用了鈦合金超塑成型與擴(kuò)散連接組合工藝技術(shù)，巧妙地應(yīng)用了精密鑄造工藝中的可溶性型芯技術(shù)，通過二次成型，完成了鈦合金異型材料的加工，使其成為功能性材料，為飛行器艙體提供了在保證強(qiáng)度和剛度的條件下，具有冷卻功能的材料，具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號F16S1/00GK101029703SQ20061005790
公開日2007年9月5日 申請日期2006年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月27日
發(fā)明者韓華 申請人:韓華