专利名称：用陶瓷纤维增强的金属部件的制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造具有由陶瓷纤维所形成的内部增强材料的金属部件，并且该制造 过程包括在金属坯体中嵌入由陶瓷纤维构成型复合材料制成的嵌件，内部增强材料由陶瓷 纤维形成。
背景技术：
为了减轻金属部件的重量并同时使其在尤其是受到张力或压力时具有更大的强 度，已知的是嵌入陶瓷纤维。例如，可以采用张力强度和压力强度比钛之类的金属的张力强 度和压力强度大得多的碳化硅(SiC)纤维。制造这些部件涉及在金属坯体中预先形成由陶瓷纤维制成的嵌件，嵌件包括金属 涂覆的陶瓷纤维。嵌件还被称为CMM纤维或带涂层的线材。金属赋予嵌件进行处理所需的 弹性和挠性。制造这种增强部件的已知工艺包括围绕心棒缠绕带涂层线材的过程。然后将线材 卷放入金属主体或容器中，在金属主体或容器中预先加工有形成嵌件壳体的狭槽。狭槽的 深度大于线材卷的高度。将盖件布置在容器上并将盖件焊接到容器的外周上。盖件具有形 状与狭槽的形状互补的凸榫，并且凸榫的高度被调整为适合布置在狭槽中的线材卷的高度 以填满狭槽。接下来，在盖件发生变形并且线材卷受到凸榫按压期间，执行热等静压步骤。热等静压技术包括将部件布置在盒子中并使其在几小时内受到量级为1000巴的 高压还经受量级为1000°c的高温。在该处理中，通过扩散将带涂层的线材的金属护套焊接在一起并将其焊接在狭槽 的壁上，以形成由金属合金构成的密实组件，在该组件中陶瓷纤维沿环形延伸。然后将获得 的部件加工成所需形状。该过程不仅用于制造例如转子盘或叶盘(带一体叶片的盘)等轴对称航空部件还 用于制造轴、制动器主体、壳体等。在主体中加工出狭槽是困难的，尤其是因为狭槽的底部的半径较小。该小半径是 容纳具有矩形横截面的嵌件所必须的。在盖件中加工出对应凸榫也是不容易的，这是因为 凸榫的拐角具有不敞开的端部。本申请人已经开发出一种制造嵌入有嵌件的细长形部件的工艺，所述嵌件具有对 于传递单向张力和/或压力有很大贡献的笔直部分。该工艺在2007年7月26日提交的专 利申请FR 07/05453中有所描述。本申请人还开发出一种制造笔直嵌件的工艺。该工艺包 括制造采用绕圈形式的嵌件坯体，借助热等静压处理在容器中将所述坯体压实，然后在压 实的容器中加工所述笔直嵌件。该工艺在2007年7月26日提交的专利申请FR 07/05454 中有所描述。然而，在待制造的部件不是轴对称的而是具有椭圆形形状的细长形状或具有笔直 部分的情况下，难以在较长的长度上进行精确调整。这对于由刚度非常大的带涂层线材形 成的嵌件而言是更难实现的，这是因为需要为陶瓷纤维形成它们能严丝合缝地配合并使任何纤维都不会逸出的壳体。代替单独地制造嵌件然后再将其移至主体的狭槽中的步骤，授予SNECMA的专利 FR 2886290根据一个实施例提出在主体上直接制造绕圈。在主体上设置两个台肩来代替狭 槽。第一台肩具有供带涂层线材直接缠绕的支撑表面。该表面与缠绕方向平行。当完成缠 绕之后，通过将部件放置在主体上来重新构成狭槽，部件的形状和与第一台肩一起形成台 阶的第二台肩互补。然后将具有凸榫的盖件放置在已经经过缠绕的嵌件上，并且使该组件 经过压实操作。由于该组件操作依然复杂，通过该方案仅能解决部分制造问题。因此，现有制造技术可以制造包括一个或多个增强材料、容器-主体和盖件的金 属部件，其中增强材料由涂层纤维绕圈所形成的金属坯体复合材料制成。这些结构非常有 效但造价高昂。具体地说，加工容器主体以及盖件占据部件总成本的大部分。本申请人为了简化制造操作的步骤并减少成本而致力于改善细长形部件的制造 工艺。
发明内容
采用根据本发明的制造用陶瓷纤维增强的金属部件的方法，可以实现上述目的， 其中在具有上表面的金属主体中加工出嵌件的壳体；将具有金属坯体的由纤维束形成的嵌件放入所述壳体中；将金属盖件放置在所述主体上以遮盖所述嵌件；将所述金属盖件焊接在所述金属主体上；用热等静压法处理所述组件，即所述金属主体和所述金属盖件；以及加工所述经处理的组件以获得所述部件，其特征在于，所述嵌件是笔直的，并且所述壳体形成在各个端部敞开的笔直狭槽，在用所述金 属盖件封闭时所述狭槽被舌部填满。本发明基于如下发现加工贯穿容器整体的笔直狭槽比加工具有不敞开端部的狭 槽更易于控制。本发明的方案尤其有利于设置两个细长形嵌件，所述嵌件沿着不一定平行 的两个笔直支部设置。根据现有技术，预先制造具有被两个圆弧部分结合在一起的两个笔 直支部的环形嵌件，来获得纵向内部增强材料。然后根据嵌件的精确形状对壳体进行加工。 已经证实将壳体的形状调节为嵌件的形状是非常复杂且昂贵的操作。这样，取消圆形部分 使得加工和定位操作更容易，而无须最终牺牲部件的强度，这是因为纤维工件主要沿着它 们的纵向在部件的中部延伸。实际上盖件包括板和一个或多个与板成一体的舌部。更具体地说，板和一个或多 个舌部通过对单个并且同样厚度的板进行加工来形成。根据一个实施例，一个或多个舌部 和板形成独立的部件。优选的是，在形成嵌件壳体的狭槽的上缘加工出斜截部。该斜截部允许舌部逐渐 向下按压所述嵌件并可以获得连续的变形线，即无间断的线。在嵌件具有多边形形状横截面，尤其是矩形形状横截面时，本发明尤其有利。其横 截面还可以是椭圆形的或圆形的。嵌件或者由组装成束的金属涂覆纤维形成，或者由单个 金属坯体中的陶瓷纤维形成。
下面，将参考附图更详细地对本发明进行说明，其中图1示出了在制造根据本申请的现有技术的细长形部件的各个步骤la、lb、lc和 Id。图2示出了在加工嵌有嵌件的容器之后获得的部件的实例；图3示出了根据本发明加工的金属主体的透视图；图4示出了为形成将图3的金属主体封闭的盖件而与板相关联的舌部的透视图； 以及图5示出了各种部件在组装之前的分解透视图。
具体实施例方式根据专利申请FR 07/05453的图1示出了具有细长形主体4的容器1，主体4用 于形成例如起落架的连杆。在主体4的两个表面中的每一表面上加工出狭槽41。该狭槽 用于容纳嵌件3，嵌件3包括两个彼此不一定平行的笔直部分，这两个笔直部分的端部经由 圆弧部结合。嵌件是如下的类型即，具有涂覆有例如钛等金属的陶瓷纤维。狭槽和嵌件 具有互补的形状，从而可以无间隙地将嵌件配合到狭槽中。应该注意到，容器中的狭槽和盖 件上的凸榫必须严丝合缝地配合在一起，以便防止直径非常小(0.25mm)的纤维在热等静 压过程中逸出。两个盖件5设置有形成凸榫51的突出部，并覆盖主体4的表面。凸榫向下 按压在容纳于狭槽中的嵌件上并将狭槽填满。盖件5借助例如电子束焊接法焊接到主体4 上，从而在容器内部产生真空。可以在图Ib中看到容器，并且容器被局部切除以示出嵌件。 然后，将容器布置到盒子中以对容器执行热等静压处理。图Ic中的容器的横截面示出了狭 槽41的边缘42是斜截的，从而为盖件5与凸榫51相邻的部分留下一定间隙。在热等静压 操作期间，沿着与盖件的表面垂直的方向施加压力从而使盖件下陷。约1000巴的压强和约 1000°C的温度使得坯体的金属占据构成嵌件的被涂覆线材之间的空间。嵌件的体积减少约 23%。因此凸榫向下移动，凸榫两侧的间隙被吸收。在该过程结束时，金属熔化，并且容器 成紧密的。因此，该部件被嵌入到金属块中的线材增强。图Id示出了由两个嵌件获得的部 件坯体，其中假设部件是透明的而示出了这两个嵌件。然后，加工该坯体以获得如图2所示 的部件8。该部件8具有位于支部82之间的孔81。在支部82中嵌入陶瓷纤维以传递张力 和压力。所使用的嵌件是环形的，但是如专利申请FR07/05454所述，嵌件也可以由例如条 形件形成为笔直元件。在嵌件由笔直元件形成的情况下，笔直元件在被预先紧致之后再被 嵌入到容器中。本发明的方案能够更经济地获得这些部件。图3、图4和图5示出了具有各个附图中的上表面IOA和下表面IOB的细长形状金 属主体10。在两个表面中的每个表面上加工有两个笔直狭槽IOA1UOA2* IOB1UOB215狭槽 沿着长度方向穿过主体10并呈现在两个端面IOC和IOD上。狭槽的长度等于主体10的长 度L。狭槽用作由带涂层的陶瓷纤维束所形成的笔直嵌件11的壳体，嵌件的长度1小于L。 狭槽的形成嵌件壳体的部分的上缘IOA1,、10A2,UOB1,和IOB2,是斜截的。舌部14覆盖布置 在壳体中的各个嵌件11。舌部14与主体10具有相同的长度L并在高度方向上包括凹陷部
5以形成两个端部14a和14b以及长度为1的中部14c。板12覆盖主体10的上表面IOA或 下表面10B。舌部的高度等于狭槽的深度，该深度必须足以容纳嵌件11。制造根据本发明的具有4个嵌件的部件实例的方法包括如下步骤；制备由例如钛合金所制成的金属主体10，该金属主体10具有上平坦表面和下平 坦表面；在上表面和下表面中的每个表面上分别加工出两个敞开的笔直狭槽IOA1UOA2和 IOB1UOBy狭槽在主体的端面上敞开。该操作因仅考虑狭槽的深度和宽度而相对简单；在狭槽的自由表面上分别加工出长度与嵌件的长度对应的两个斜截的中部区域 IOA1, UOA2’和 IOBrUOB2,；将嵌件11布置在狭槽的斜截区域中。根据第一实施例，嵌件由带涂层的笔直纤维 的集束形成。根据优选的第二实施例，使用在专利申请FR07/05454中描述的方法来预先制 造嵌件。在该情况下，嵌件由陶瓷纤维在金属坯体中形成条形件(bar)。这些是已经借助热 等静压方法而压实的笔直元件；将舌部14放置在嵌件11上，舌部14的中部14c沿着嵌件设置，舌部的端部14a 和14b设置在嵌件11的端部； 将板设置并真空焊接在主体10的表面上；将这样预备的容器放入热等静压盒子中；以及加热并加压以使容器紧凑。获得坯体待加工。例如，获得如图2所示的部件。代替分离地安装舌部14和板12，可以通过在厚板上加工出舌部来将这两个部分 制造为单个部件。所得的结果理应是相同的。因此，本发明的工艺可以制造嵌入有一个或多个笔直嵌件的细长形任意部件。
权利要求
一种制造用陶瓷纤维增强的金属部件的工艺，其中在具有上表面(10A、10B)的金属主体(10)中加工出嵌件的至少一个壳体；将至少一个具有金属坯体的由纤维束形成的嵌件(11)放入所述壳体中；将金属盖件(12)放置在所述主体上以遮盖所述嵌件(11)；将所述金属盖件(12)焊接在所述金属主体(10)上；用热等静压法处理所述组件，即所述金属主体和所述盖件；以及加工所述经处理的组件以获得所述部件，其特征在于，所述嵌件(11)是笔直的，并且所述壳体形成笔直狭槽(10A1、10A2、10B1、10B2)，所述笔直狭槽延伸到所述嵌件之外并在各个端部敞开，在用所述金属盖件(12)进行封闭时所述狭槽被舌部(14)填满。
2.根据权利要求1所述的工艺，其中，舌部(14)与形成所述嵌件的板(12)成一体。
3.根据权利要求2所述的工艺，其中，所述舌部与所述板成一体，并通过对厚板进行加工形成所述金属盖件来获得所述舌部。
4.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述舌部(14)独立于所述金属盖件的板(12)。
5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的工艺，其中，在形成所述嵌件(11)壳体的狭槽(Ioa1UOA2UOB1UOB2)的上缘加工出斜截部(IOA1，、 IOA2, UOB1，、IOB2,)。
6.根据权利要求1至5中的任一项权利要求所述的工艺，其中， 所述嵌件具有多边形横截面，尤其是具有矩形、椭圆形或圆形横截面。
7.根据权利要求1至6中的任一项权利要求所述的工艺，其中， 所述嵌件由组装成束的金属涂覆纤维形成。
8.根据权利要求1至6中的任一项权利要求所述的工艺，其中， 所述嵌件由金属坯体中的陶瓷纤维形成。
9.根据权利要求1至8中的任一项权利要求所述的工艺，其中， 至少将第二嵌件放入所述金属主体中。
全文摘要
本发明涉及制造用陶瓷纤维增强的金属部件的工艺，其中在具有上表面(10A、10B)的金属主体(10)中加工出嵌件的壳体；将至少一个具有金属坯体的由纤维束形成的嵌件(11)放入所述壳体中；将金属盖件(12)放置在所述主体上以遮盖所述嵌件(11)；将所述金属盖件(12)焊接在所述金属主体(10)上；包括所述金属主体和所述盖件的组件经受热等静压法处理；以及加工所述经处理的组件以获得所述部件。所述工艺的特征在于，所述嵌件(11)是笔直嵌件并且所述壳体形成笔直槽(10A1、10A2、10B1、10B2)，所述笔直槽延伸到所述嵌件之外并在各个端部敞开，在用所述盖件(12)进行封闭时所述槽被舌部(14)填满。
文档编号C22C47/06GK101952473SQ200880123122
公开日2011年1月19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