[发明专利]采用层合金属箔带铺放制坯的耐高温薄壁异形构件一体化制造方法

说明书

一种采用层合金属箔带铺放制坯的耐高温薄壁异形构件一体化制造方法，通过以箔带形式添加塑性相并与两种基体元素箔带叠放并辊压层合，同时也可在辊压时在箔带之间添加颗粒状增强相，两种方法都能使薄壁异形构件轴向任意位置处获得加强结构，避免薄壁异形构件由于截面的几何形状、外形尺寸的变化而引起应力集中产生破裂的缺陷，也可在薄壁异形构件径向不同厚度处实现加强，得到类层合板结构。本发明通过利用沙子等颗粒介质传递压力使构件完成预烧结处理以及内部加压成形，在压力与温度的共同作用下使得构件完成低温反应合成，利于接下来的高温反应合成高效进行，同时解决了预制坯在热气压胀形时由于相邻箔带间存在间隙而产生漏气现象的难题。

技术领域

本发明属于耐高温薄壁异形构件制造技术领域，具体涉及一种采用层合金属箔带铺放制坯的薄壁异形构件一体化制造方法。

背景技术

新一代航空航天飞行器正向高马赫数、高承载、超长航时和超远航程的方向迅速发展，对轻质耐高温薄壁构件的需求不断加大。高超声速飞行器超高巡航速度产生的气动热会使超燃冲压发动机进气道等构件产生极高温度，进气道的服役温度高达900~1000°C，已超过常用钛合金的极限使用温度，而常用的镍基高温合金由于密度大将造成结构严重超重。因此，迫切需要采用新型轻质耐高温材料代替镍基高温合金来制造薄壁关键构件。如今，耐热温度更高的材料如TiAl、NiAl等金属间化合物逐渐成为研究热点。TiAl的使用温度在600~850℃，NiAl的使用温度高达900~1000℃。除了耐热温度高，TiAl、NiAl等金属间化合物还具有密度低、比强度高、比刚度高和抗氧化性优良等优点，使其在航空航天领域具有广泛的应用前景。

现有的TiAl、NiAl合金薄壁构件的制造方法采用的是“先制备坯料、后成形构件”的传统思路。主要是先采用轧制等工艺制备板坯，然后再采用超塑成形、热蠕变成形等成形制造技术获得最终薄壁构件。但是由于NiAl/TiAl材料的本征脆性，很难制备获得大尺寸的NiAl/TiAl薄壁平面板坯或管坯，即使可制备出平面板坯或管坯，在室温和温热状态下也极难变形为复杂构件。为解决此问题，发明专利（申请号：201910444894. 6) 提出了一种Ni/Al 合金薄壁管件成形与控性一体化方法，该方法是对大尺寸Ni 箔与Al 箔交替堆叠、卷管、焊接得到叠层箔管坯，然后在气胀成形模具中进行气胀成形及反应合成得到NiAl合金薄壁管件。由于该方法制备的叠层箔管为简单的圆筒或锥筒，其形状与最终构件相差较大，因此在气胀成形过程中叠层箔管变形量大而复杂，易出现局部减薄、开裂、起皱等问题，另外焊缝处焊材与母材的组织性能难以调控。为减少上述缺陷的产生，发明专利（申请号：202010031405.7）提出了一种采用金属箔带铺放制坯的耐高温薄壁构件一体化制造方法，发明专利（申请号：202010811707.6）提出了一种采用金属箔带缠绕芯模制备金属间化合物曲面薄壁构件的方法。这两种方法都是利用两种单层元素金属箔带交替缠绕铺放出最终零件的形状，然后在高温高压下反应合成实现材料改性，最终获得材料、形状均符合需求的零件。上述两种方法中，在采用单层箔带铺放或缠绕芯模制坯时，由于坯料上不同区域的几何特征的复杂程度不同，同层相邻箔带之间会出现间隙、堆叠，甚至褶皱等现象，在后续的扩散合成反应过程中会因局部缺少某种元素，导致反应不完全而形成中间过渡态的金属间化合物。此外，过渡态金属间化合物的成分及含量不可控，无法对微观组织进行调控，难以获得综合力学性能较好的薄壁异形构件。同时，相邻箔带间存在的间隙也会导致后续热气胀成形时漏气，难以通过胀形获得高形状精度的构件。

为解决单层箔带铺放制坯时受到铺放路径限制，箔带局部产生堆叠或者间隙，导致扩散反应不完全而产生过渡态化合物；TiAl、NiAl金属间化合物材料微观组织的相组成及含量难以调控；单层箔带铺放制坯难以获得在不同位置处具有加强结构的薄壁异形构件；以及预制坯在热气胀时由于相邻箔带间存在间隙而产生漏气现象的难题，需要一种新的制造方法。

发明内容