专利名称：一种钛合金异型材及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种钛合金异型材及其制造方法。
背景技术：
随着飞行器要求越飞越快，飞行器外壳的冷却要求越来越高，而飞行器的外形尺寸则要求越来越小，有效载荷又需要提高，给冷却效率提出了更高的要求。
传统的飞行器外壳都是实心板，再根据功能件的不同要求在内侧或外侧增加隔热层。而金属实心板是整体传热的，传热速度十分迅速。
发明内容
本发明需要解决的技术问题就在于克服现有飞行器外壳冷却效果不够理想的缺陷，提供一种钛合金异型材及其制造方法，它设计成空心结构，并将空心结构设计成可通冷却液的流道，这样不仅能使体积传热变成线传热，还能增加大面积的冷却液隔热，同时考虑到结构强度与刚度，就形成了在保证相同强度与刚度的同时，最大限度的满足冷却要求。它利用了钛合金超塑成型与扩散连接组合工艺技术，巧妙地应用了精密铸造工艺中的可溶性型芯技术，通过二次成型，完成了钛合金异型材料的加工，使其成为功能性材料，为飞行器舱体提供了在保证强度和刚度的条件下，具有冷却功能的材料，具有广泛的应用前景。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案本发明钛合金异型材，所述钛合金异型材为带冷却槽夹层的多层钛合金空心结构板材，它由厚度为0.3～1.0mm的内衬钛合金板、厚度为0.3～1.0mm的外层钛合金板、及内衬板和外层板之间的钛合金冷却槽夹层板构成，各板层之间的分子相互渗透，形成无界面的同种基体，板材厚度为2.0～10.0mm。
本发明同时公开了制造所述的钛合金异型材的方法，它包括下列步骤模具的制造、板材制备、安装模具并升温成型、扩散连接、第一次成型、第二次成型、冷却和切割工艺边。
本发明方法中所述模具的制造根据冷却槽夹层结构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，再进行二次成型，选用水溶性材料，用数控机床加工其型面，使之符合冷却槽夹层结构要求本发明方法中所述板材制备为用高压水切割机进行展开料的精确下料，经酸洗烘干后，涂阻焊剂，并二次烘干，使激活面与外激活面及工艺边清晰分开，安放水溶性型芯，并将其限位固定，将4层不同厚度的钛合金板材叠放并焊工艺边使其形成密封舱室，之后焊进气嘴和出气嘴。
本发明方法中所述安装模具并升温成型、扩散连接、带冷却槽夹层结构成型步骤为将已加工好的模具清洁干净，涂好润滑剂和保护剂，安装在900吨超塑成型机上，进行冷试模合格后，开始升温，设定温度为920℃；当炉温和模具温度均匀达到920℃±13℃时，开启炉门，将焊好工艺边的板材放入模具中，预热40分钟，之后闭合模具，按工艺规程施加曲线压力，在5分钟内使模具压边力达到650吨，保压保温2小时，使被激活的分子进行充分的扩散，形成同一基体。
本发明方法中第一次成型步骤为在完成扩散连接后，分通道增加气压，保持940℃±10℃先完成立面方向的成型，压力为200±20吨，保压时间45分钟，再完成横面方向的成型，压力为240±20吨，保压时间45分钟。
本发明方法中第二次成型步骤为第一次成型后，取出成型后的板材，放在玻璃纤维板上空冷，将水溶性型芯溶出后，清洗零件并烘干备用；将取出水溶性型芯的半成品放入940±10℃的模具中，增加气压到350±20吨，保压时间为40分钟。
本发明方法中所述冷却和切割工艺边步骤为取出成型后的板材，放在玻璃纤维板上空冷，将上述空冷后的板材置于高压水切割设备上，用高压水切割掉工艺边，达到要求的尺寸。
本发明利用了钛合金超塑成型与扩散连接组合工艺技术，巧妙地应用了精密铸造工艺中的可溶性型芯技术，通过二次成型，完成了钛合金异型材料的加工，使其成为功能性材料，为飞行器舱体提供了在保证强度和刚度的条件下，具有冷却功能的材料，具有广泛的应用前景。
本发明设计空心结构，并将空心结构高计成可通冷却液的流道，这样不仅能使体积传热变成线传热，还能增加大面积的冷却液隔热，同时考虑到结构强度与刚度，就形成了在保证相同强度与刚度的同时，最大限度的满足冷却要求。
具体实施例方式
1、模具设计考虑到冷却通道的特殊结构，气体压力无法一次完成成型，所以需设计水溶性型芯，在完成首次成型后，用水溶解掉水溶性型芯，再进行二次成型，实现最终设计。
2、模具的制造用高压水切割机进行展开料的精确下料(用美国PA公司生产的精度为±0.05高压水切割机)，经酸洗烘干后，涂阻焊剂，并二次烘干。将4层不同厚度的钛合金板材叠放并焊工艺边、进出气嘴。
3、型芯的制造选用水溶性材料，用数控机床加工其型面，符合设计要求4、下料通过计算不同厚度钛合金板材的高温变形量和吹胀成型时材料的流动性，确定放缩系数和下料尺寸，并利用高压水切割机进行精确下料(水切割设备的精度为±0.05mm)，有效加工尺寸为2000×4000×300mm，美国PAR公司出品)，用水切割下料主要是为了避免切割时产生金属共熔层，影响后工序焊接质量。
5、酸洗在弱酸溶液中浸泡50-60分钟，之后加手工辅助刷洗，之后再用清水漂洗，达到除油和清洁材料表面的目的。
6、烘干在烘箱中用120℃±10℃的温度烘干上述漂洗过的板材。
7、贴保护膜将烘干后的板材转入洁净工作间中的工作台，贴涂装保护膜。
8、涂阻焊剂按工艺规程涂阻焊剂，并将其烘干。
9、去除保护膜去除保护膜，使激活面与外激活面及工艺边清晰分开。
10、安放水溶性型芯安放水溶性型芯，并将其限位固定。
11、焊工艺边将3层以上(含三层)，0.2～5.0mm，等厚度或不等厚度已涂好阻焊剂并去除了保护膜的板材叠放，焊接工艺边，使其形成密封舱室，之后焊进气嘴和出气嘴。
12、安装模具并升温成型设备将已加工好的模具清洁干净，涂好润滑剂和保护剂，安装在美国ACCUDYNE公司出品的900吨超塑成型机上(该设备为四立柱式液压结构，有效工作面积为1500×2500×1100mm，电热管分区加热形式，温度均匀性为±10℃，可移出式陶瓷工作平台，最高工作温度1100℃)，进行冷试模合格后，开始升温，设定温度为920℃。
13、扩散连接当炉温和模具温度均匀达到920℃±13℃时，开启炉门，将焊好工艺边的板材放入模具中，预热40分钟，之后闭合模具，按工艺规程施加曲线压力，在5分钟内使模具压边力达到650吨，保压保温2小时，使被激活的分子进行充分的扩散，形成同一基体。
14、第一次成型在完成扩散连接后，分通道增加气压，保持940℃±10℃先完成立面方向的成型，压力为200±20吨，保压时间45分钟，再完成横面方向的成型，压力为240±20吨，保压时间45分钟。
15、取件和冷却完成成型后，打开炉门，移出工作台，取下测温热电偶，用天车取出成型后的板材，放在玻璃纤维板上空冷。
16、取出不溶性型芯将水溶性型芯溶出后，清洗零件并烘干备用。
17、第二次成型将取出水溶性型芯的半成品放入940±10℃的模具中，增加气压到350±20吨，保压时间为40分钟。
18、取件和冷却完成成型后，打开炉门，移出工作台，取下测温热电偶，用天车取出成型后的板材，放在玻璃纤维板上空冷。
19、切割工艺边将上述空冷后的板材置于高压水切割设备上，用高压水切割掉工艺边，达到要求的尺寸。
通过上述步骤即可制造出钛合金异型材，它的内衬钛合金板厚度为0.3～1.0mm、外层钛合金板厚度为0.3～1.0mm的、内衬板和外层板之间为钛合金冷却槽夹层板，各板层之间的分子相互渗透，形成无界面的同种基体，钛合金异型材板材厚度为2.0～10.0mm。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种钛合金异型材，其特征在于所述钛合金异型材为带冷却槽夹层的多层钛合金空心结构板材，它由厚度为0.3～1.0mm的内衬钛合金板、厚度为0.3～1.0mm的外层钛合金板、及内衬板和外层板之间的钛合金冷却槽夹层板构成，各板层之间的分子相互渗透，形成无界面的同种基体，板材厚度为2.0～10.0mm。
2.一种制造如权利要求所述的钛合金异型材的方法，其特征在于它包括下列步骤模具的制造、板材制备、安装模具并升温成型、扩散连接、第一次成型、第二次成型、冷却和切割工艺边。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述模具的制造根据冷却槽夹层结构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，再进行二次成型，选用水溶性材料，用数控机床加工其型面，使之符合冷却槽夹层结构要求
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述板材制备为用高压水切割机进行展开料的精确下料，经酸洗烘干后，涂阻焊剂，并二次烘干，使激活面与外激活面及工艺边清晰分开，安放水溶性型芯，并将其限位固定，将4层不同厚度的钛合金板材叠放并焊工艺边使其形成密封舱室，之后焊进气嘴和出气嘴。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述安装模具并升温成型、扩散连接、带冷却槽夹层结构成型步骤为将已加工好的模具清洁干净，涂好润滑剂和保护剂，安装在900吨超塑成型机上，进行冷试模合格后，开始升温，设定温度为920℃；当炉温和模具温度均匀达到920℃±13℃时，开启炉门，将焊好工艺边的板材放入模具中，预热40分钟，之后闭合模具，按工艺规程施加曲线压力，在5分钟内使模具压边力达到650吨，保压保温2小时，使被激活的分子进行充分的扩散，形成同一基体。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述第一次成型步骤为在完成扩散连接后，分通道增加气压，保持940℃±10℃先完成立面方向的成型，压力为200±20吨，保压时间45分钟，再完成横面方向的成型，压力为240±20吨，保压时间45分钟。
7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述第二次成型步骤为第一次成型后，取出成型后的板材，放在玻璃纤维板上空冷，将水溶性型芯溶出后，清洗零件并烘干备用；将取出水溶性型芯的半成品放入940±10℃的模具中，增加气压到350±20吨，保压时间为40分钟。
8.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述冷却和切割工艺边步骤为取出成型后的板材，放在玻璃纤维板上空冷，将上述空冷后的板材置于高压水切割设备上，用高压水切割掉工艺边，达到要求的尺寸。
全文摘要
本发明公开了一种钛合金异型材，所述钛合金异型材为带冷却槽夹层的多层钛合金空心结构板材，它由厚度为0.3～1.0mm的内衬钛合金板、厚度为0.3～1.0mm的外层钛合金板、及内衬板和外层板之间的钛合金冷却槽夹层板构成，各板层之间的分子相互渗透，形成无界面的同种基体，板材厚度为2.0～10.0mm。它的制造方法包括下列步骤模具的制造、板材制备、安装模具并升温成型、扩散连接、第一次成型、第二次成型、冷却和切割工艺边。它利用了钛合金超塑成型与扩散连接组合工艺技术，巧妙地应用了精密铸造工艺中的可溶性型芯技术，通过二次成型，完成了钛合金异型材料的加工，使其成为功能性材料，为飞行器舱体提供了在保证强度和刚度的条件下，具有冷却功能的材料，具有广泛的应用前景。
文档编号F16S1/00GK101029703SQ20061005790
公开日2007年9月5日 申请日期2006年2月27日 优先权日2006年2月27日
发明者韩华 申请人:韩华