专利名称：制造由陶瓷纤维增强的金属部件的方法
技术领域：
本发明涉及制造金属部件和包括嵌入物的并入，所述金属部件带有由陶瓷纤维形 成的内增强体，所述嵌入物由在金属基中包括陶瓷纤维之类的复合物制成。
背景技术：
为了减小金属部件的重量，同时使其强度更大，尤其是抗拉伸或抗压缩强度，已知 的方法是在金属部件中并入陶瓷纤维。例如，这些陶瓷纤维是碳化硅(Sic)纤维，其抗拉强 度和抗压强度实际上大于金属(诸如钛)的抗拉强度和抗压强度。这些部件的制造涉及到预先由带有金属基的陶瓷纤维形成的嵌入物，这种嵌入物 包括涂有金属的陶瓷纤维。它们又称之为CMM纤维或涂层细丝。这种金属在被操纵时具有 所必需的弹性和柔韧性。制作这种增强部件的一种已知方法包括围绕心轴产生一圈带有涂层细丝。然后， 将该圈带有涂层细丝插入主金属本体或容器中，其中构成腔体的槽被预先加工好。槽的深 度大于缠绕物的高度。将盖子置于容器上，并在施加真空后，将盖子焊接到容器的外缘上。 盖子上带有一个凸榫，其形状与槽的形状成互补，而其高度与置放在槽内的缠绕物的高度 相适应，从而填满该槽。接着，进行热等静压压缩，在这期间，盖子会变形，缠绕物被凸榫挤 压。热等静压技术就是将部件置于一个承受1000巴数量级高压和1000°C数量级高温 的箱体内，停留时间为几个小时。涂层细丝的金属护套通过扩散焊接在一起并焊接到槽壁上，形成由金属合金组成 的密实组件，该金属合金内有陶瓷纤维延伸。所获得的部件然后加工成所需形状。这种方法可以用于制造轴对称航空部件，诸如转子盘、叶盘(blisks，整体浆叶 盘)、轴、传动器体、壳体等。还可以生产长方形部件，例如，连接杆。在主体内加工这种槽很难，尤其因为该槽的底部半径很小。为了容纳矩形截面的 嵌入物，这种小半径是必需的。盖子内对应凸榫的加工也不容易，因为其各个角都是非敞开 的。尤其是被加工的部件不是轴对称时，但又是长形的，带有椭圆形或直的部分时，在整个 长度上很难实现精确调整。对于用刚性非常大的涂层细丝形成的嵌入物来讲，这会尤为困 难，因为陶瓷纤维要求对其精确安装的腔体进行成形。根据以SNECMA名字申请的FR2 886 290专利的一个实施例的建议，在主体上直接 制作缠绕物，而不是单独制造嵌入物，然后再将其送到主体的槽内。在主体内提供了两个突 部，而不是一个槽。第一个突部带有一个支撑表面，用于直接缠绕涂层细丝。该表面与缠绕 方向平行。当缠绕结束时，在主体上置放一个部件来重新构成槽，该部件的形状与第二突部 的形状形成互补，形成与第一突部相关一个步骤。带有凸榫的盖子然后置放在刚刚缠绕好 的嵌入物上，并对该组件进行压紧操作。采用这个方案只是部分地解决了制造问题，因为装 配作业仍很复杂
发明内容
本发明的目标是改进这种部件的制造方法、简化生产作业步骤和降低成本。本发明提出了制造由陶瓷纤维增强的金属部件的方法，其中包括如下步骤在带 有上端面的金属本体内形成用于嵌入物的腔体；至少一个由带金属基的纤维形成的嵌入物 被置于腔体内；将金属盖置放在本体上，以盖住嵌入物；盖子在真空下置放好后，将其焊接 到金属本体上；将装配件进行热等静压处理；再将经过处理的装配件加工成所需形状；腔 体的形状为L形截面的凹槽的形状，该L形截面带有两个相互垂直的端面，盖子具有一个L 形截面的内凹槽，其形状与带有所述嵌入物的金属本体内的凹槽的形状互补，在所述盖子 的外部成形为在垂直于凹槽的所述端面上施加压力。优选地，金属本体上的凹槽包括一个垂直于所述上端面的一个端面和平行于所述 上端面的一个端面。这样，通过对要装配的部件的几何形状进行修正，与现有技术相比，可方便地使用 工具，以加工主体壳体和盖子壳体中用于嵌入物的腔体，从而使得这些作业不是很难进行， 因而也降低了成本。部件的数量减少到两个，与以前的解决方案相比，简化了装配作业。此 外，这种几何形状使得压力可以在两个非平行方向上得以应用，这有助于更有效地压紧。应 该指出的是，在环形嵌入物的情况下，嵌入物的变形与其轴线平行。这种方案允许采用不同的实施例。根据第一个实施例，嵌入物是通过缠绕涂层细 丝而预先形成，且其被置放在凹槽内。根据另一个实施例，嵌入物是通过在凹槽内直接缠绕 涂层细丝而形成，后者形成了一个缠绕心轴。这个方案还可以制作不同的部件。该嵌入物可以是一种环状形状。这样，根据需 要增强的部件的几何形状，可以成形一个轴对称的环，或者对长形的部件它可以带有至少 一个直的部分。对于细长形的部件，嵌入物也可以不需要呈环状，而可以由一个或多个直的 部件来形成。更确切地说，缠绕物的截面是矩形，缠绕物的第一端面抵在凹槽的一个端面上，而 缠绕物的第二端面抵在凹槽的另一个端面上。方便的是，盖子带有一个定中心表面部分，该部分与凹槽的一个端面相配合，特别 是垂直于主体上端面的主体内的凹槽的那个端面，目的是使主体上盖子处于中心位置并引 导其变形。
下面参照附图详细介绍本发明，附图如下图1示出了根据现有技术的带有嵌入物的部件；图2示出了 FR 2 886 290号专利所介绍的现有技术的解决方案；该技术方案带有 两个突部；图3示出了本发明提出的解决方案，主体和盖子上都带有一个凹槽；图4和图5模拟了热等静压作业期间盖子和嵌入物的变形情况；图6示出了本发明的生产轴对称部件的应用；图7示出了本发明的生产长形部件的应用；及图8示出了根据本发明的加工后的所生产的成品部件的示例。
具体实施例方式图1给出了现有技术的一个操作方法。主金属本体P带有矩形截面的槽R。由一 捆涂层细丝组成的嵌入物I被暂时固定并系紧在一起，置于该槽内。构成盖子C的第二部 件置于主金属本体P上，该第二部件带有一个凸榫T，其形状与槽R相匹配并抵在嵌入物I 上。槽R或凸榫T的边为斜边，以便与凸榫附近盖子的那部分之间形成间隙。在热等静压 处理期间，在垂直于盖子表面的方向上施加压力。该压力和热量可使基体的金属填满构成 嵌入物的涂层细丝之间的空间。嵌入物的容积会缩小23%。于是，使得凸榫向下移动，凸榫 两侧的间隙被吸收。在这个过程之后，金属熔化，部件从而因嵌入在金属本体内的细丝而得 到增强。EP 831 154号专利介绍了类似的技术。如图2所示，根据FR 2886 290号专利，围绕轴线140的旋转的主体139，例如采 用钛合金制成，其包括相对于轴线居中的内部部分和具有等于容器高度的高度H’。其外缘 142为斜面，一直到高度h和宽度d的第一突部143。在这个突部的外缘上是第二突部144， 该突部的径向尺寸是容器的宽度。其表面145延伸到第一环形突部表面以下高度处。由暂 时固持在一起的一捆涂层细丝构成的环形嵌入物147被放置到位。外环146被添加到第二 突部，其高度相当于主体中央部分的高度。将外环147焊接以便与第一突部一起构成一个 槽。盖子148带有环形凸起149并抵在该捆涂层细丝上。从这个阶段开始，工艺方法与以 前的方法相同。下面附图示出了本发明的解决方案的一个实施方法，但本发明并不限于该方法。图3以剖面图和立体图的方式示出了需要制造的部件的一部分，所述部件并入了 一个嵌入物。由诸如钛合金制成的金属部件的主体2带有上端面21和外围边缘22。自边 缘22处向后，加工了一个L形状截面的凹槽23。该凹槽有一个垂直于上端面21的面23P， 和一个平行于上端面21的面23S。面23P的高度H和面23S的宽度L取决于需置放的嵌入 物的尺寸。在凹槽23和边缘22之间，主体2带有一个边缘表面部分24，其高度小于面23S 的高度，而突部25构成了两个部分23和22之间的过渡部分。由一捆涂层细丝构成的带有矩形截面的嵌入物3置于该凹槽内。其高度Hi稍小 于端面23P的高度，其宽度Li也小于端面23S的宽度。很方便的是，该嵌入物可以使用FR 2 886 290号专利给出的其中一个方法来生 产，但并不限于该方法。该方法包括涂层细丝的结构，所述细丝的制造，制造结合成一股的 涂层细丝，该股细丝可结合到缠绕其上的金属支架上或下一层的细丝股上，细丝的焊接可 通过激光或两个电极之间的接触来进行。当嵌入物为一个直的嵌入物时，可根据本申请人在2007年7月26日提交的申请 号为FR 07/05454的专利申请中所描述的技术方便地进行压紧和制造。置于主体2上的是成形的盖子4，其形状与带有嵌入物的主体的各个部分相匹配。 更确切地说，其包括一个抵在上端面21上的底壁41，抵在边缘表面部分24上的边缘壁44 和两个壁41和44之间的垂直侧壁42。该侧壁带有一个内部凹槽43。该凹槽43具有L形 状的截面，该截面带有一个垂直于底壁41的端面43P。该端面沿其搭接的突部25延伸。凹 槽43带有一个平行于主体2的凹槽23的端面23S的端面43S，并抵在嵌入物3的上端面 上。端面43S的宽度与端面23S的宽度相同。由于嵌入物的高度Hi稍小于端面23P的高度H，壁42通过其表面部分42P与后者接触。盖子在三个位置与主体2不匹配。在主体上端面21和凹槽23之间被加工成斜面， 该斜面与底壁41之间形成一个间隙。该间隙也可以通过掏空底壁来获得。同样，在边缘壁 44和边缘表面24之间提供一个间隙。另外，应该指出的是，由于嵌入物的宽度Li稍小于凹 槽23的端面23S的宽度，在盖子的凹槽43的端面43P和嵌入物之间形成一个空间。当盖子和主体被这样置放到一起、被焊接并在真空条件下对该装配件经受热等静 压处理时，作用在装配件上的压力沿两个方向Pl和P2产生力。沿方向Pl的压缩力作用在 彼此平行的盖子、底壁41和边缘壁44的外端面上。另外，该压缩力还沿垂直于Pl的方向 P2作用在垂直于前两个外端面的侧壁42的外端面上。沿方向Pl作用在盖子上的各个力使得盖子产生与端面23P和43P平行的变形，嵌 入物沿这个方向被压紧，而盖子4的底壁41和边缘壁44与主体2的上端面21和边缘端面 24之间的间隙被吸收。盖子的凹槽端面43P和嵌入物之间的间隙同样因盖子沿方向P2的压力所产生的 变形而被吸收。如果嵌入物呈环状，它不会在垂直于环的轴线的平面上变形。图4和图5模拟了盖子和嵌入物经受的变形情况。该嵌入物为轴对称形状，所述 变形朝向嵌入物的轴线方向。由于所涉及的形状简单，本发明提出的方法具有使用传统铣刀能够在主体上制作 凹槽的优点。这同样也适用于盖子的凹槽。凹槽可以是轴对称的，以便生产轴对称部件。图6以立体图的方式示出了被剖开 的一部分，主体102与盖子104装配在一起。主体102带有一个凹槽123，该凹槽关于其轴线成轴对称，用来容纳环状的嵌入物 103。该装配件由带有凹槽143的盖子104盖住。与图3中相同的部件也能在这找到，但图 中部件的标号加了 100。嵌入物保留在本体102凹槽123和盖子104凹槽143之间，等静压 处理的作用就是将嵌入物103沿方向Pl压缩。凹槽143的端面142P和143P沿本体102 的端面123P和125滑动，压缩嵌入物103。压力沿方向P2提供辅助压缩，使壁142变形。通过单独缠绕嵌入物然后将其装入凹槽的方式来制作嵌入物。然而，其形状可使 其直接在凹槽内缠绕。本发明可生产非轴对称的部件，诸如图7所示部件。部件标号点与图3中的部分 相同，但增加了 200。主体202为长形状，其被分割成两个半圆形部分，该两个半圆形部分 可通过两个直的部分连接到一起。凹槽223为长形状，带有两个半圆形部分和两个直的部 分。该凹槽可安装相应形状的嵌入物。该部件包括带有两个凹槽223的两个端面，两个凹 槽223用两个盖子204覆盖，每个盖子都有一个凹槽243。210示出了准备热等静压处理的装配好的部件。图8示出了使用这种方法可生产的部件的一个示例。嵌入物3嵌入在本体2内， 图中所示似乎该本体是透明的。对该部件进行了加工以达到所需形状。这样，使用这种技 术可以生产长形部件，诸如工作在抗拉和抗压缩环境下的飞机起落架中的连接杆。更常见的是，在主体内可以很方便地形成未必环形的凹槽，例如，带有直的部分的 凹槽。相应凹槽的加工也很容易。
权利要求
一种制作由陶瓷纤维增强的金属部件的方法，其中，在带有上端面(21)的主金属本体(2)上形成用于嵌入物的腔体；将由带金属基的纤维形成的嵌入物(3)置放在腔体内；将金属盖(4)置放在主金属本体(2)上以覆盖该嵌入物(3)；所述盖子被真空焊接到主金属本体上；将装配件进行热等静压处理；及将经过处理的装配件加工成所需形状，其特征在于，所述腔体的形状为L形截面的凹槽(23)的形状，该L形截面带有两个相互垂直端面(23P和23S)，所述盖子(4)带有一个L形截面的内凹槽(43)，其形状与带有所述嵌入物(3)的金属本体上凹槽(23)的形状互补，在所述盖子(4)的外部成形为在垂直于凹槽(23)的所述端面(23P和23S)上施加压力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，金属本体的凹槽(23)包括垂直于主金属 本体(2)上端面(21)的端面(23P)和平行于所述金属本体(2)上端面(21)的端面(23S)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述嵌入物(3)通过缠绕涂层细丝而 事先形成，且其被置放在主金属本体(2)的凹槽(23)内。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述嵌入物通过在主金属本体的凹槽 (23)内直接缠绕涂层细丝而形成，所述凹槽构成缠绕心轴。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述嵌入物为环状。
6.根据前面权利要求所述的方法，其特征在于，该嵌入物形成一个轴对称的环。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该嵌入物所形成的环带有至少一个直的 部分。
8.根据权利要求3到7其中任一权利要求所述的方法，其特征在于，缠绕物的截面为矩 形，缠绕物的第一端面抵在主金属本体(2)凹槽(23)的一个端面上，缠绕物的第二端面抵 在凹槽(23)的另一个端面上。
9.根据前面权利要求的任一权利要求所述的方法，其特征在于，盖子具有一个定中心 表面部分，与主金属本体凹槽(23)的一个端面相配合，以使主金属本体上盖子处于中心位 置并引导其变形。
10.根据前面权利要求所述的方法，其特征在于，端面(23P)垂直于主金属本体的上端 面(21)，其定中心表面部分与垂直于所述凹槽上端面(21)的凹槽的所述端面(23P)相配合。
全文摘要
本发明涉及一种制制作由陶瓷纤维增强的金属部件的方法，其中，在带有上端面(21)的主金属本体(2)上形成用于嵌入物的腔体；将由带金属基的纤维形成的嵌入物(3)置放在腔体内；将金属盖(4)置放在主金属本体(2)上以覆盖嵌入物(3)；盖子被焊接到主金属本体上；进行热等静压处理；及将得到部件加工成所需形状；腔体的形状为L形截面的凹槽(23)的形状，该L形截面带有与上端面(23S)垂直的端面(23P)和平行于上端面的端面(23S)，盖子(4)带有一个L形截面的内凹槽(43)，其形状与带有嵌入物(3)的金属本体上凹槽(23)的形状互补，在盖子(4)的外部成形为在垂直于凹槽(23)的端面上施加压力。
文档编号C22C47/06GK101918610SQ200880123121
公开日2010年12月15日 申请日期2008年12月24日 优先权日2007年12月28日
发明者多米尼克·迪科, 理查德·马松 申请人:梅西耶-道提股份有限公司