專利名稱：一種鈦合金異型材及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鈦合金異型材及其制造方法。
背景技術：
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心板，再根據(jù)功能件的不同要求在內(nèi)側或外側增加隔熱層。而金屬實心板是整體傳熱的，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，它設計成空心結構，并將空心結構設計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，同時考慮到結構強度與剛度，就形成了在保證相同強度與剛度的同時，最大限度的滿足冷卻要求。它利用了鈦合金超塑成型與擴散連接組合工藝技術，巧妙地應用了精密鑄造工藝中的可溶性型芯技術，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度和剛度的條件下，具有冷卻功能的材料，具有廣泛的應用前景。
為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術方案本發(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構板材，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)冷卻槽夾層結構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，再進行二次成型，選用水溶性材料，用數(shù)控機床加工其型面，使之符合冷卻槽夾層結構要求本發(fā)明方法中所述板材制備為用高壓水切割機進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、擴散連接、帶冷卻槽夾層結構成型步驟為將已加工好的模具清潔干凈，涂好潤滑劑和保護劑，安裝在900噸超塑成型機上，進行冷試模合格后，開始升溫，設定溫度為920℃；當爐溫和模具溫度均勻達到920℃±13℃時，開啟爐門，將焊好工藝邊的板材放入模具中，預熱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)使模具壓邊力達到650噸，保壓保溫2小時，使被激活的分子進行充分的擴散，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備上，用高壓水切割掉工藝邊，達到要求的尺寸。
本發(fā)明利用了鈦合金超塑成型與擴散連接組合工藝技術，巧妙地應用了精密鑄造工藝中的可溶性型芯技術，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度和剛度的條件下，具有冷卻功能的材料，具有廣泛的應用前景。
本發(fā)明設計空心結構，并將空心結構高計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，同時考慮到結構強度與剛度，就形成了在保證相同強度與剛度的同時，最大限度的滿足冷卻要求。
具體實施例方式
1、模具設計考慮到冷卻通道的特殊結構，氣體壓力無法一次完成成型，所以需設計水溶性型芯，在完成首次成型后，用水溶解掉水溶性型芯，再進行二次成型，實現(xiàn)最終設計。
2、模具的制造用高壓水切割機進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)，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、進出氣嘴。
3、型芯的制造選用水溶性材料，用數(shù)控機床加工其型面，符合設計要求4、下料通過計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進行精確下料(水切割設備的精度為±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、貼保護膜將烘干后的板材轉入潔凈工作間中的工作臺，貼涂裝保護膜。
8、涂阻焊劑按工藝規(guī)程涂阻焊劑，并將其烘干。
9、去除保護膜去除保護膜，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膜的板材疊放，焊接工藝邊，使其形成密封艙室，之后焊進氣嘴和出氣嘴。
12、安裝模具并升溫成型設備將已加工好的模具清潔干凈，涂好潤滑劑和保護劑，安裝在美國ACCUDYNE公司出品的900噸超塑成型機上(該設備為四立柱式液壓結構，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℃)，進行冷試模合格后，開始升溫，設定溫度為920℃。
13、擴散連接當爐溫和模具溫度均勻達到920℃±13℃時，開啟爐門，將焊好工藝邊的板材放入模具中，預熱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)使模具壓邊力達到650噸，保壓保溫2小時，使被激活的分子進行充分的擴散，形成同一基體。
14、第一次成型在完成擴散連接后，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，取下測溫熱電偶，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，取下測溫熱電偶，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備上，用高壓水切割掉工藝邊，達到要求的尺寸。
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)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
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構板材，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、擴散連接、第一次成型、第二次成型、冷卻和切割工藝邊。
3.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于所述模具的制造根據(jù)冷卻槽夾層結構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，再進行二次成型，選用水溶性材料，用數(shù)控機床加工其型面，使之符合冷卻槽夾層結構要求
4.如權利要求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進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，之后焊進氣嘴和出氣嘴。
5.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于所述安裝模具并升溫成型、擴散連接、帶冷卻槽夾層結構成型步驟為將已加工好的模具清潔干凈，涂好潤滑劑和保護劑，安裝在900噸超塑成型機上，進行冷試模合格后，開始升溫，設定溫度為920℃；當爐溫和模具溫度均勻達到920℃±13℃時，開啟爐門，將焊好工藝邊的板材放入模具中，預熱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)使模具壓邊力達到650噸，保壓保溫2小時，使被激活的分子進行充分的擴散，形成同一基體。
6.如權利要求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備上，用高壓水切割掉工藝邊，達到要求的尺寸。
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構板材，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散連接組合工藝技術，巧妙地應用了精密鑄造工藝中的可溶性型芯技術，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度和剛度的條件下，具有冷卻功能的材料，具有廣泛的應用前景。
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)先權日2006年2月27日
發(fā)明者韓華 申請人:韓華