一种用于钛合金与铝合金半固态成形连接一体化的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半固态成形连接一体化的方法，尤其涉及一种用于钛合金与铝合金半固态成形连接一体化的方法，属于材料连接及成形技术领域。
【背景技术】
[0002]材料连接结构具有多种材料综合的优良性能，因而在航空航天、空间技术、核工业、微电子、汽车、石油化工等领域得到了广泛的应用。由于预连接材料的物理性能和化学性能存在很大差异，对连接的要求比较苛刻。
[0003]半固态成形包括流变成形和触变成形。将制得的半固态非枝晶浆料直接进行成形加工，称为流变成形；而将这种浆料先凝固成铸锭，再根据需要将金属铸锭分切成一定大小，使其重新加热至半固态温度区间而进行的加工成为触变成形。由于钛铝之间固相焊接较为困难，存在效率低、灵活性差等缺点；而钛铝熔焊存在焊接裂纹倾向大、焊接变形大、脆性金属化合物严重等问题，连接的可靠性不高，连接材料之间的结合强度和接头的均匀性难以满足要求。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种用于钛合金与铝合金半固态成形连接一体化的方法。
[0005]为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是:一种用于钛合金与铝合金半固态成形连接一体化的方法，它分为以下步骤:
[0006]a、根据所成形零件的形状尺寸和性能要求，将预连接的钛合金制备成一定尺寸和形状的钛合金管；
[0007]b、将钛合金管放入模具中一起进行预热，预热的温度为300-350°C ;
[0008]c、将铝合金制备成一定尺寸和形状的铝合金坯料，然后将铝合金坯料采用电磁感应加热装置预热至600-630 °C、保温15-25分钟，使铝合金坯料转化为液相率为50—60%的半固态坯料；
[0009]或者采用金属熔化炉将铝合金熔化，熔炼温度为700-730°C，待铝合金熔化后进行冷却，并在铝合金冷却过程中对其施加电磁搅拌，使铝合金转换为液相率为50-60%的半固态浆料；
[0010]d、将预热并保温完成的铝合金半固态坯料或者将铝合金半固态浆料移入到模具中的钛合金管内，保证铝合金半固态坯料与钛合金管相邻；
[0011 ] e、凸模迅速下行并进行加压，实现模锻连接整体成形；当模锻完成以后，凸模上行，顶杆上行将铝合金和钛合金两种材料连接成形好的制件顶出，完成整个半固态连接成形一体化的过程。
[0012]本发明凸模向下的压力为180-200kN，下行的速度为10mm/s，保压时间为10-20s。钛合金为了42、了六7、了82、1^4钛合金中的任一种;铝合金为6063、6061、7075、2024铝合金中的任一种。
[0013]本发明将连接成形技术和半固态成形技术结合起来，利用铝合金处于半固态时具备的良好流动性，实现铝合金精确成形;铝合金半固态坯料温度相对于熔焊低，从而避免了大厚度脆性化合物层的形成，因此可通过铝合金半固态坯料中的液相与钛合金反应形成稳定界面，连接可靠性高。此外，本方法简单易行无须专用设备，采用普通液压机即可实现钛合金与铝合金成形连接一体化。
【附图说明】
[0014]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0015]图1、图2为本发明实施例一至实施例四的操作方法示意图。
[0016]图3为本发明实施例五至实施例八的操作方法示意图。
[0017]图中:1、凸模;2、模具;4、钛合金管;5、制件;6、垫块;7、顶杆;31、铝合金半固态坯料;32、铝合金半固态浆料。
【具体实施方式】
[0018]如图1?图3所示，本发明提供了一种用于钛合金与铝合金半固态成形连接一体化的方法，具体分为以下步骤:
[0019]a、根据所成形零件的形状尺寸和性能要求，将预连接的钛合金制备成一定尺寸和形状的钛合金管4;
[0020]b、将钛合金管4放入模具2中一起进行预热，预热的温度为300_350°C ；
[0021]c、将铝合金制备成一定尺寸和形状的铝合金坯料，然后将铝合金坯料采用电磁感应加热装置预热至600-630 °C、保温15-25分钟，使铝合金坯料转化为液相率为50—60%的铝合金半固态坯料31;
[0022]或者采用金属熔化炉将铝合金熔化，熔炼温度为700-730°C，待铝合金熔化后进行冷却，并在铝合金冷却过程中对其施加电磁搅拌，使铝合金转换为液相率为50-60%的铝合金半固态浆料32;
[0023]d、将预热并保温完成的铝合金半固态坯料31或者将铝合金半固态浆料32移入到模具2中的钛合金管4内；所述铝合金半固态坯料31与钛合金管4相邻；
[0024]e、凸模I迅速下行并进行加压，实现模锻连接整体成形；当模锻完成以后，凸模I上行，顶杆7上行将铝合金和钛合金两种材料连接成形好的制件5顶出，完成整个半固态连接成形一体化的过程。
[0025]上述步骤d中凸模I向下的压力为180-200kN，下行的速度为lOmm/s，保压时间为1-20s ο
[0026]本发明首次提出钛合金与铝合金成形连接一体化设想，即利用铝合金在半固态下所具有的良好流动性和反应活性，在保证铝合金精确成形的同时，实现铝合金与钛合金之间的可靠连接。本发明适用于常规的大多数钛合金和铝合金，尤其适用于TA2、TA7、TB2、TC4钛合金和6063、6061、7075、2024铝合金。下面就这几种型号的钛合金和铝合金结合具体实施例对本发明做进一步阐述，但本发明并不局限于所列举实施例的钛合金、铝合金型号。
[0027]实施例一:TA2钛合金和6063铝合金
[0028]a、为了便于将预热后的铝合金半固态坯料放入钛合金管内，考虑热膨胀系数为2.3 X 10—5的因素，将TA2钛合金管材加工成尺寸为Φ 50mm X 5mm X h40mm的TA2钛合金管；将6063铝合金棒料加工成尺寸为Φ 39mm X h50.6mm的6063铝合金坯料；
[0029]b、将TA2钛合金管放入模具中一起进行预热，预热温度为300°C ;
[0030]c、采用电磁感应加热装置将6063铝合金坯料预热至620°C，保温20分钟，6063铝合金坯料转化为液相率为60 %的半固态坯料；
[0031]d、将预热并保温完成的6063铝合金半固态坯料3移入模具中的TA2钛合金管内，保证6063铝合金半固态坯料与TA2钛合金管相邻；
[0032]e、凸模迅速下行并加压196KN，凸模下行速度为lOmm/s，保压时间为10s，使半固态温度区的6063铝合金半固态坯料完成模锻连接成形;然后凸模I上行，顶杆7上行将由6063铝合金和TA2钛合金两部分材料组成的制件5—起顶出，取出制件5。
[0033]实施例二: TA7钛合金和7075铝合金
[0034]a、将TA7钛合金管材加工成尺寸为Φ 60mmX 5mmXh45mm的TA7钛合金管。
[0035]b、将TA7钛合金管放入模具中一起进行预热，预热温度为320°C ；
[0036]c、将7075铝合金棒料加工成尺寸为Φ 49mm X h62mm的坯料，采用电磁感应加热装置将7075铝合金坯料预热至620 °C，保温18分钟，7075铝合金坯料转化为液相率为56%的半固态坯料；
[0037]d、将预热并保温完成的7075铝合金半固态坯料移入模具中的TA7钛合金管内，保证7075铝合金半固态坯料与TA7钛合金管相邻；
[0038]e、凸模迅速下行并加压190KN，凸模下行速度为lOmm/s，保压时间为15s，使半固态温度区的7075铝合金半固态坯料完成模锻连接成形;然后，凸模I上行，顶杆7上行将由7075铝合金和TA7钛合金两部分材料组成的制件5—起顶出，取出制件5。
[0039]实施例三:TB2钛合金和2024铝合金
[0040]a、将TB2钛合金管材加工成尺寸为Φ 40mm X 5mm X h35mm的TB2钛合金管；
[0041 ] b、将TB2钛合金管放入模具中一起进行预热，预热温度为350°C ；
[0042]c、将2024铝合金棒料加工成尺寸为Φ 29mm X h50mm的坯料，采用电磁感应加热装置将2024铝合金坯料预热至630 °C，保温15分钟，2024铝合金坯料转化为液相率为50%的半固态坯料；
[0043]d、将预热并保温