一種TiAl基合金蜂窩結構的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬蜂窩結構的制備方法。
【背景技術】
[0002]TiAl基合金具有密度小、高溫比強度高等優(yōu)點，作為一種新型輕質(zhì)高強材料在航空航天領域具有巨大應用潛力。蜂窩結構具有強度高、密度小、隔音隔熱等優(yōu)點，在航空航天領域獲得廣泛應用。TiAl基合金蜂窩結構對提高飛行器的推重比具有重大意義?，F(xiàn)有制備蜂窩結構的工藝主要包括精鑄法和芯板彎折/焊接組合工藝。精鑄法制備TiAl基合金蜂窩結構存在大量的縮松等缺陷，大大降低了其使用性能;芯板彎折/焊接組合工藝多需要薄板的制備、彎折、焊接等復合工藝，工序長、能耗高，大大提高了其成本，且蜂窩壁存在大量焊縫，工藝穩(wěn)定性差。目前由于TiAl基合金高溫變形抗力大，薄板制備技術難以突破，利用傳統(tǒng)的制備工藝難以制備出合格的TiAl基合金蜂窩結構。因此開發(fā)一種兼顧高性能、低成本的TiAl基蜂窩結構制備工藝，推動TiAl基合金在飛行器上的應用，是目前的研究重點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決目前制備的蜂窩結構存在大量的縮松等缺陷、工序長、能耗高，成本高，且蜂窩壁存在大量焊縫，工藝穩(wěn)定性差，而且目前TiAl基合金高溫變形抗力大，薄板制備技術難以突破的技術問題，而提供一種TiAl基合金蜂窩結構的制備方法。
[0004]本發(fā)明的一種TiAl基合金蜂窩結構的制備方法是按以下步驟進行:
[0005]—、鍛造:將TiAl基合金坯料電火花切割成圓柱體棒材，放置在真空多功能熱壓爐中，在真空度為10—3Pa和升溫速度為5°C/min?15°C/min的條件下從室溫升溫至1150°C?1300°C，在真空度為10—3Pa和溫度為1150°C?1300°C的條件下保溫1min?60min，然后在真空度為10—3Pa、溫度為1150°C?1300°C和應變速率為10—1S-1?10—4S—1的條件下進行開坯鍛造至總變形量為30%?80%，然后在真空度為10—3Pa的條件下隨爐冷卻至950°C?IlOOcC，在真空度為10—3Pa和溫度為950 °C?1100°C的條件下保溫2h?6h，在真空度為10—3Pa的條件下隨爐冷卻至室溫，得到鍛造完的TiAl基合金;所述的圓柱體棒材的高和直徑比為1:(0.67?I);
[0006]二、擠壓:將步驟一得到的鍛造完的TiAl基合金電火花切割成塊體，放置在真空多功能熱壓爐中，在真空度為10—3Pa和升溫速度為10°C/min?15°C/min的條件下從室溫升溫至1200°C?1350°C，在真空度為10—3Pa和溫度為1200°C?1350°C的條件下保溫1min?60min，然后在擠壓溫度為120CTC?135CTC、擠壓速率為5mm/min?10mm/min、擠壓比為(2?8):1和擠壓道次為I?4的條件下進行擠壓，擠壓完成后在真空度為10—3Pa的條件下隨爐冷卻至900°C?1150°C，在真空度為10—3Pa和溫度為900°C?1150°C的條件下退火2h?6h，在真空度為10—3Pa的條件下隨爐冷卻至室溫，精密拋光得到厚度為5mm?20mm的TiAl基合金板材；
[0007]三、水切割:將步驟二得到的厚度為5mm?20mm的TiAl基合金板材進行水切割，水切割縫寬度為Imm?2mm，切縫長度為5mm?15mm，切縫兩端為180°且半徑為0.5mm的圓角，然后進行清洗，將清洗完的TiAl基合金板材放在真空烘箱中，在真空度為IPa?1Pa和溫度為60°C的條件下烘干10h，得到水切割完后的TiAl基合金板材；
[0008]四、拉制:將步驟三得到的水切割完后的TiAl基合金板材放入真空高溫多功能熱壓爐中，在真空度為10—3Pa、拉制溫度為950°C?1200°C和拉制速度為0.lmm/min?10mm/min的條件下拉制至總變形量為100%?1000%，得到TiAl基合金蜂窩芯，拉制完成后在真空度為10—3Pa和退火溫度為1000°C?1300°C的條件下退火2h?4h，然后在真空度為10—3Pa的條件下隨爐冷卻至室溫，得到TiAl基合金蜂窩芯；
[0009]五、釬焊:將步驟二精密拋光得到厚度為5mm?20mm的TiAl基合金板材電火花切割出2塊厚度為Imm?4mm的TiAl基合金板材，然后精密拋光，將拋光后的2塊TiAl基合金板材和步驟四得到的TiAl基合金蜂窩芯進行釬焊，得到兩側(cè)為TiAl基合金板材、中間為TiAl基合金蜂窩芯的三明治結構；所述的釬焊工藝為:采用TiCuNi系釬料、釬焊溫度為900°C?1100°C、釬焊壓力為IMPa?5MPa、釬焊保溫時間為20min?60min，最后隨爐冷卻至室溫。
[0010]本發(fā)明選用TiAl基合金為原料，經(jīng)過高溫鍛造退火后，線切割成一定尺寸的TiAl基合金塊體，在真空多功能熱壓爐中進行高溫擠壓，制得一定尺寸的TiAl基合金厚板，高溫退火及機加工后進行水切割制備出TiAl基蜂窩拉伸坯料，在真空多功能熱壓爐中進行高溫拉制成型，退火后制得TiAl基蜂窩芯，在擠壓厚板上通過線切割切下TiAl基箔材機加工后與TiAl基蜂窩芯進行高溫釬焊連接制得TiAl基合金蜂窩結構。
[0011]本發(fā)明的制備方法解決了現(xiàn)有方法在TiAl基蜂窩結構制備過程中需要薄板制備困難的難題，解決了現(xiàn)有方法蜂窩壁存在大量焊縫導致其力學性能差的難題，且本發(fā)明的制備方法具有生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)效率高、成本低、無需大規(guī)模使用TiAl基薄板的優(yōu)點，制備得到的TiAl基蜂窩結構穩(wěn)定，缺陷少，可廣泛應用于金屬材料蜂窩結構的制備。
[0012]本發(fā)明的有益效果:在本發(fā)明的方法中TiAl基合金經(jīng)過高溫鍛造和高溫擠壓后性能得到大幅度提高，通過水切割TiAl基合金厚板，避免了TiAl基合金薄板的乳制，大大降低了成本，蜂窩單元通過高溫拉伸獲得，避免了精鑄法的大量鑄造缺陷和彎折/焊接工藝的大量焊縫，本發(fā)明的方法大大提高了其力學性能和結構穩(wěn)定性;此外，本發(fā)明的方法制備的蜂窩芯為整體成形，提高了結構的平整性。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明步驟三中水切割完后的TiAl基合金板材的切縫分布示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明步驟四中TiAl基合金蜂窩芯拉制過程示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明步驟四中制備的TiAl基合金蜂窩芯的示意圖；
[0016]圖4為本發(fā)明步驟五中釬焊示意圖，I為TiAl基合金板材，2為TiAl基合金蜂窩芯。
【具體實施方式】
[0017]【具體實施方式】一:本實施方式為一種TiAl基合金蜂窩結構的制備方法，具體是按以下步驟進行:
[0018]一、鍛造:將TiAl基合金坯料電火花切割成圓柱體棒材，放置在真空多功能熱壓爐中，在真空度為10—3Pa和升溫速度為5°C/min?15°C/min的條件下從室溫升溫至1150°C?1300°C，在真空度為10—3Pa和溫度為1150°C?1300°C的條件下保溫1min?60min，然后在真空度為10—3Pa、溫度為1150°C?1300°C和應變速率為10—1S.1?10—V1的條件下進行開坯鍛造至總變形量為30%?80%，然后在真空度為10—3Pa的條件下隨爐冷卻至950°C?IlOOcC，在真空度為10—3Pa和溫度為950 °C?1100°C的條件下保溫2h?6h，在真空度為10—3Pa的條件下隨爐冷卻至室溫，得到鍛造完的TiAl基合金;所述的圓柱體棒材的高和直徑比為1:(0.67?I);
[0019]二、擠壓:將步驟一得到的鍛造完的TiAl基合金電火花切割成塊體，放置在真空多功能熱壓爐中，在真空度為10—3Pa和升溫速度為10°C/min?15°C/min的條件下從室溫升溫至1200°C?1350°C，在真空度為10—3Pa和溫度為1200°C?1350°C的條件下保溫1min?60min，然后在擠壓溫度為120CTC?135CTC、擠壓速率為5mm/min?10mm/min、擠壓比為(2?8):1和擠壓道次為I?4的條件下進行擠壓，擠壓完成后在真空度為10—3Pa的條件下隨爐冷卻至900°C?1150°C，在真空度為10—3Pa和溫度為900°C?1150°C的條件下退火2h?6h，在真空度為10—3Pa的條件下隨爐冷卻至室溫，精密拋光得到厚度為5mm?20mm的TiAl基合金板材；
[0020]三、水切割:將步驟二得到的厚度為5mm?20mm的TiAl基合金板材進行水切割，水切割縫寬度為Imm?2mm，切縫長度為5mm?15mm，切縫兩端為180°且半徑為0.5mm的圓角，然后進行清洗，將清洗完的TiAl基合金板材放在真空烘箱中，在真空度為IPa?1Pa和溫度為60°C的條件下烘干10h，得到水切割完后的TiAl基合金板材；
[0021]四、拉制:將步驟三得到的水切割完后的TiAl基合金板材放入真空高溫多功能熱壓爐中，在真空度為10—3Pa、拉制溫度為950°C?1200°C和拉制速度為0.lmm/min?10mm/min的條件下拉制至總變形量為100%?1000%，得到TiAl基合金蜂窩芯，拉制完成后在真空度為10—3Pa和退火溫度為1000°C?1300°C的條件下退火2h?4h，然后在真空度為10—3Pa的條件下隨爐冷卻至室溫，得到TiAl基合