基于擴(kuò)散連接的異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件的鋪層增材制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于擴(kuò)散連接的異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件的鋪層增材制造方法，屬于金屬成形技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦合金具有密度小，強(qiáng)度較高，耐腐蝕性好及高溫性能較好等特點(diǎn)，其在航天、航空、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。采用塑性成形、鑄造、鍛造、焊接、化銑及機(jī)加工等技術(shù)均可以加工出不同形狀的鈦合金構(gòu)件。
[0003]現(xiàn)有加工技術(shù)可以制造出各種各樣的鈦合金制品，然而對(duì)于某些異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件仍有工藝技術(shù)改進(jìn)的空間。對(duì)于厚度變化大的異型鈦合金構(gòu)件，可采用厚板加工，但是該方法的材料利用率較低，或者也可以采用鍛造或鑄造出毛坯再加工厚度變化大的異型鈦合金零件，但該方法會(huì)增加毛坯鍛造或鑄造的加工成本，同時(shí)增加對(duì)毛坯原材料組織性能的控制風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)難度。對(duì)于鈦合金薄板構(gòu)件，若存在局部厚度變化或連續(xù)厚度變化，一般采用化銑或機(jī)加工的方法，通過去除多余的鈦合金以實(shí)現(xiàn)鈦合金異型構(gòu)件的制造，但是鈦合金經(jīng)化銑后存在化學(xué)廢液處理的問題，而在薄板上進(jìn)行大面積的機(jī)械加工很容易導(dǎo)致板料變形。
[0004]因此，尋找一種新的方法來制備上述鈦合金異型結(jié)構(gòu)板材已經(jīng)成為本領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于擴(kuò)散連接的鈦合金異型結(jié)構(gòu)板材的鋪層增材制造方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于擴(kuò)散連接的異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件的鋪層增材制造方法，該方法包括以下步驟:
[0007]a、鈦合金板材的設(shè)計(jì)與截取
[0008]按照所述異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件的截面形狀及其毛坯的厚度截取各層鈦合金板材；
[0009]b、鋪層及封邊
[0010]按照異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件的形狀將所述各層鈦合金板材進(jìn)行鋪層，鋪層結(jié)束后，對(duì)各層鈦合金板材進(jìn)行封邊，得到層合鈦合金板材包套，再對(duì)該包套進(jìn)行抽真空處理，得到抽真空后的層合鈦合金板材包套；
[0011]c、擴(kuò)散連接
[0012]將所述抽真空后的層合鈦合金板材包套進(jìn)行擴(kuò)散連接處理，得到鈦合金板材鋪層結(jié)構(gòu)；
[0013]d、無損檢測(cè)
[0014]檢測(cè)鈦合金板材鋪層結(jié)構(gòu)中各層鈦合金板材連接界面的擴(kuò)散焊合情況，以確保各層鈦合金板材連接界面的擴(kuò)散焊合率大于95% ;
[0015]e、加工異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件
[0016]將所述鈦合金板材鋪層結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械加工，得到所述異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件。
[0017]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟a中所述異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件毛坯的厚度小于等于各層鈦合金板材的厚度之和，如:異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件毛坯的厚度為H，各層鈦合金板材的厚度分別為 hphplv.h』!! Η 彡 hi+hjj+lvH..+hn。
[0018]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，本發(fā)明步驟a中對(duì)所截取的鈦合金板材的層數(shù)不作要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需要合理選擇鈦合金板材的具體層數(shù)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟a中各層鈦合金板材的截取可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的手段進(jìn)行，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，是采用線切割的方法截取不同形狀和尺寸的鈦合金板材。
[0020]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，經(jīng)步驟b所述的抽真空處理后，層合鈦合金板材包套內(nèi)的真空度應(yīng)達(dá)到0.1MPa以下。
[0021]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，采用氬弧焊對(duì)各層鈦合金板材進(jìn)行封邊處理。
[0022]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟b中在對(duì)所述包套進(jìn)行抽真空處理的同時(shí)，需要對(duì)包套進(jìn)行氣密性檢查，以確保各層鈦合金板材之間形成的空腔具有良好的密封性。
[0023]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟c中所述擴(kuò)散連接處理可以按照以下具體步驟進(jìn)行:在所述抽真空后的層合鈦合金板材包套的表面均勻噴涂止焊劑后將該包套裝入擴(kuò)散連接模具進(jìn)行擴(kuò)散連接；或者將所述抽真空后的層合鈦合金板材包套放入熱等靜壓爐中進(jìn)行擴(kuò)散連接。
[0024]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，步驟c中所述的擴(kuò)散連接處理的溫度為890-920°C，壓力為 1.5-3.5Mpa，保壓時(shí)間為 60_120min。
[0025]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟d中可以采用超聲無損檢測(cè)法檢測(cè)鈦合金板材鋪層結(jié)構(gòu)中各層鈦合金板材連接界面的擴(kuò)散焊合情況。
[0026]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，所述方法還包括在步驟d之后對(duì)所述鈦合金板材鋪層結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面處理以除去其表面氧化膜的操作。
[0027]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中可以采用堿崩酸洗的方法去除鈦合金板材鋪層結(jié)構(gòu)表面的氧化膜；所述堿崩和酸洗均為本領(lǐng)域常規(guī)的操作，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，堿崩所用的堿液為氫氧化鈉水溶液，酸洗所用的酸液為硝酸或氫氟酸。
[0028]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟e中所述的機(jī)械加工操作為本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)手段，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)所需要的異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件形狀對(duì)制備出的鈦合金板材鋪層結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械加工以得到所需要的異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件。
[0029]本發(fā)明的基于擴(kuò)散連接的異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件的鋪層增材制造方法首先按照鈦合金零件的外形截取不同厚度及形狀尺寸的各層鈦合金板材，然后對(duì)該各層鈦合金板材進(jìn)行有序鋪層，再采用擴(kuò)散連接的方法實(shí)現(xiàn)鋪層鈦合金板材的高質(zhì)量擴(kuò)散連接，最后通過機(jī)械加工，得到鈦合金零件的最終外形，實(shí)現(xiàn)異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件的制造。
[0030]本發(fā)明提供的基于擴(kuò)散連接的異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件的鋪層增材制造方法是制造大厚度的異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件、變厚度的異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件及梁(如工字梁)、框、接頭等異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件等的新方法，該方法可以降低零件加工的成本，節(jié)約原材料，減少環(huán)境污染，而且鈦合金在擴(kuò)散連接后的組織和性能與原始板材接近，即能夠保證制備得到的異型結(jié)構(gòu)鈦合金構(gòu)件組織和性能的均勻與穩(wěn)定性，且明顯優(yōu)于經(jīng)鍛造或鑄造得到的鈦合金構(gòu)件。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1步驟b中對(duì)鈦合金板材進(jìn)行鋪層的示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1步驟b中得到的層合鈦合金板材包套的示意圖；
[0033]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1加工得到的鈦合金薄板構(gòu)件示意圖；
[0034]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1加工得到的鈦合金薄板構(gòu)件的階梯狀截面局部放大圖；
[0035]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2步驟b中對(duì)鈦合金板材進(jìn)行鋪層的示意圖；
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