一種航天燃料用高強(qiáng)度鈦合金氣瓶的成型方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種航天器燃料用高強(qiáng)度鈦合金氣瓶的成型方法，該方法采用TB8鈦合金板材，經(jīng)過裁切、固溶、冷旋壓、精整、電子束焊接等加工工藝獲得高強(qiáng)鈦合金氣瓶。采用該方法制備航天飛行器鈦合金氣瓶加工過程簡單、質(zhì)量控制容易、制造成本低、產(chǎn)品成品率高，達(dá)90%以上。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于航天器
，涉及一種鈦合金氣瓶，尤其是一種航天器燃料用高強(qiáng)度鈦合金氣瓶的成型方法。
技術(shù)介紹
近年來隨著材料科學(xué)的發(fā)展以及能源危機(jī)的沖擊，航空航天工業(yè)對高強(qiáng)度、高彈性模量、低密度、耐高溫的新型結(jié)構(gòu)材料的需要越來越迫切。鈦合金由于密度小、強(qiáng)度高、耐高溫和抗腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。航天飛行器在飛行過程中需要攜帶大量液態(tài)燃料(如液氫)及其液態(tài)助燃劑(如液氧、液N2O2), 這些液態(tài)燃料及助燃劑都是在存儲在高壓氣瓶中，先期用于制造高壓氣瓶的材料有30CrMnSiA等高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)鋼等，近年來為了降低航天飛行器重量、增加其有效載荷，大量采用TC4鈦合金制造燃料存儲氣瓶。目前TC4鈦合金氣瓶都是采用熱加工成型+機(jī)械精加工+電子束焊接的方法制備，具體結(jié)構(gòu)方案見附圖1、附圖2。一般采用的工藝是將TC4鈦棒坯下料后熱模鍛造成型半球形氣瓶坯料(及熱軋成型TC4環(huán)坯)進(jìn)行精加工后，在采用真空電子束焊接為一體的氣瓶。這種工藝方法的缺點(diǎn)是模鍛(及環(huán)軋)對設(shè)備要求高、設(shè)備投資大，機(jī)械加工難度相對較大，坯料利用率低(最終零件重量只占坯料投料重量的10% 20%，大部分坯料最終變?yōu)檐囆级速M(fèi))，最終產(chǎn)品焊縫相對較多，生產(chǎn)制造周期長，制造成本、質(zhì)量控制成本相對較聞。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種航天器燃料用高強(qiáng)度鈦合金氣瓶的成型方法，該方法采用TB8板材進(jìn)行裁剪制備板坯，并針對該TB8板材的特性進(jìn)行加工處理，然后焊接成型，該方法制備航天飛行器鈦合金氣瓶加工過程簡單、質(zhì)量控制容易、制造成本低、廣品成品率聞，達(dá)90%以上。本專利技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的這種航天器燃料用高強(qiáng)度鈦合金氣瓶的成型方法，包括以下步驟I)將TB8板材裁剪為圓形板還；2)將裁剪好的圓形板坯置于真空熱處理爐中進(jìn)行固溶處理加熱溫度800°C 850°C，保溫O. 5 1. 5小時(shí)，通氬氣冷卻或油淬；3)將固溶處理后的圓形板坯在旋壓機(jī)上冷旋壓為半球體或半球筒體；4)將旋壓獲得的半球體或半球筒體精整裁邊；5)將精整裁邊后的半球體或半球筒體置于真空電子束焊機(jī)中進(jìn)行對焊成型，形成鈦合金氣瓶。進(jìn)一步，以質(zhì)量百分比計(jì)，上述TB8板材化學(xué)成分為Al 2. 5-3. 5% ；Mo :14. 0-16. 0% ；Nb :2. 4-3. 2% ；S1:0. 15-0. 25% ；0 :0. 08-0. 15% ；C O. 05% ；Fe O. 20% ;N O. 03% ；H 0. 008% ;其余為 Ti ;其他元素單個(gè)彡 O. 10%、總和< O. 40%O進(jìn)一步的，以上步驟5 )后，對焊接成型的鈦合金氣瓶進(jìn)行外觀、尺寸檢查，對焊縫進(jìn)行X射線檢測、并進(jìn)行打壓實(shí)驗(yàn)，使其滿足設(shè)計(jì)要求。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果本專利技術(shù)的成型方法采用TB8鈦合金板材，獲得的TB8鈦合金氣瓶較傳統(tǒng)TC4鈦合金氣瓶工藝流程簡化、加工制造難度大幅度降低(不需要熱鍛)、材料利用率大幅度增加(不需要機(jī)械加工)、氣瓶強(qiáng)度及塑性增加、焊縫減少、生產(chǎn)周期大幅度縮短、制造及質(zhì)量控制成本大幅度降低，同時(shí)TB8鈦合金較TC4鈦合金具有相對優(yōu)異的高低溫性能、耐腐蝕性能、疲勞性能等。 附圖說明圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的TC4鈦合金球狀氣瓶的橫向截面結(jié)構(gòu)不意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)的TC4鈦合金球筒狀氣瓶的軸截面結(jié)構(gòu)不意圖；圖3為本專利技術(shù)TB8鈦合金球狀氣瓶的橫向截面結(jié)構(gòu)不意圖；圖4為本專利技術(shù)TB8鈦合金球狀氣瓶的軸截面結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為TB8鈦合金半球體；2為焊縫；3為半球筒體。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)做進(jìn)一步詳細(xì)描述本專利技術(shù)提出一種航天器燃料用高強(qiáng)度鈦合金氣瓶的成型方法，包括以下步驟I)按照計(jì)算好的尺寸將TB8板材裁剪為圓形板坯；所述TB8板材化學(xué)成分為Al 2. 5-3. 5% ；Mo :14. 0-16. 0% ；Nb :2. 4-3. 2% ；S1:0. 15-0. 25% ；0 :0. 08-0. 15% ；C O. 05% ；Fe O. 20% ;N O. 03% ；H 0. 008% ;其余為 Ti ;其他元素單個(gè)彡 O. 10%、總和< O. 40%ο2)將裁剪好的TB8鈦合金圓形板坯置于真空熱處理爐中進(jìn)行固溶處理加熱溫度800°C 850°C，保溫O. 5 1. 5小時(shí)，通氬氣冷卻或油淬；3)將固溶處理后的TB8鈦合金板坯在旋壓機(jī)上冷旋壓為半球體或半球筒體(TC4鈦合金由于室溫塑性差，不能進(jìn)行冷壓力成型加工；而TB8鈦合金固溶處理后在保證強(qiáng)度與TC4相當(dāng)?shù)乃较驴色@得極好的室溫塑性，能夠方便的進(jìn)行冷壓力成型加工)；4)將旋壓獲得的TB8鈦合金半球體或半球筒體精整裁邊；5)將精整裁邊后的TB8鈦合金半球體I或TB8鈦合金半球筒體3置于真空電子束焊機(jī)中進(jìn)行對焊成型(見圖3、圖4);6)成品試驗(yàn)對焊接成型的鈦合金氣瓶進(jìn)行外觀、尺寸檢查，對焊縫2進(jìn)行X射線檢測、并進(jìn)行打壓實(shí)驗(yàn)，使其滿足設(shè)計(jì)要求。下面通過實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述實(shí)施例1 :內(nèi)徑Φ160_、厚度3mm球形高強(qiáng)鈦合金氣瓶制備(I)按照計(jì)算好的尺寸將厚度為IOmm的冷軋TB8鈦合金板材裁剪為Φ 135 X 10規(guī)格的圓形板還;(2)將裁剪好的Φ135Χ 10規(guī)格TB8鈦合金圓形板坯置于真空熱處理爐中進(jìn)行固溶處理加熱溫度830°C，保溫I小時(shí)，通氬氣冷卻；(3)將固溶處理后的Φ135Χ 10規(guī)格TB8鈦合金圓形板坯在旋壓機(jī)上冷旋壓為內(nèi)徑Φ 160mm、壁厚3mm的半球體；(4)將旋壓獲得的內(nèi)徑Φ 160mm、壁厚3mm的TB8鈦合金半球體進(jìn)行精整裁切毛邊；(5)將精整裁邊后的Φ 160mm、壁厚3mm的TB8鈦合金半球體置于真空電子束焊機(jī)中進(jìn)行對焊成型(見圖3);(6)成品試驗(yàn)(外觀、尺寸、焊縫X射線、打壓等)。實(shí)施例2 :內(nèi)徑Φ320mm、厚度5mm球形高強(qiáng)鈦合金氣瓶制備 (I)按照計(jì)算好的尺寸將厚度為IOmm的冷軋TB8鈦合金板材裁剪為Φ335X 10規(guī)格的圓形板還;(2)將裁剪好的Φ335Χ 10規(guī)格TB8鈦合金圓形板坯置于真空熱處理爐中進(jìn)行固溶處理加熱溫度835°C，保溫I小時(shí)，通氬氣冷卻；(3)將固溶處理后的Φ335Χ 10規(guī)格TB8鈦合金圓形板坯在旋壓機(jī)上冷旋壓為內(nèi)徑Φ 320mm、壁厚5mm的半球體；(4)將旋壓獲得的內(nèi)徑Φ320πιπι、壁厚5mm的TB8鈦合金半球體進(jìn)行精整裁切毛邊；(5)將精整裁邊后的Φ 320mm、壁厚5mm的TB8鈦合金半球體置于真空電子束焊機(jī)中進(jìn)行對焊成型(見圖3);(6)成品試驗(yàn)(外觀、尺寸、焊縫X射線、打壓等)。實(shí)施例3 :內(nèi)徑Φ400ι πι、厚度5mm球形高強(qiáng)鈦合金氣瓶制備(I)按照計(jì)算好的尺寸將厚度為IOmm的冷軋TB8鈦合金板材裁剪為Φ420 X 10規(guī)格的圓形板還;(2)將裁剪好的Φ420Χ 10規(guī)格TB8鈦合金圓形板坯置于真空熱處理爐中進(jìn)行固溶處理加熱溫度840°C，保溫I小時(shí)，通氬氣冷卻；(3)將固溶處理后的Φ420X 10規(guī)格TB8鈦合金圓形板坯在旋壓機(jī)上冷旋壓為內(nèi)徑Φ400ι πι、壁厚5mm的半球體；(4)將旋壓獲得的內(nèi)徑Φ400πιπι、壁厚5mm的TB8鈦合金半球體進(jìn)行精整裁切毛邊；(5)將精整本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種航天器燃料用高強(qiáng)度鈦合金氣瓶的成型方法，其特征在于，包括以下步驟：1）將TB8板材裁剪為圓形板坯；2）將裁剪好的圓形板坯置于真空熱處理爐中進(jìn)行固溶處理：加熱溫度800℃～850℃，保溫0.5～1.5小時(shí)，通氬氣冷卻或油淬；3）將固溶處理后的圓形板坯在旋壓機(jī)上冷旋壓為半球體或半球筒體；4）將旋壓獲得的半球體或半球筒體精整裁邊；5）將精整裁邊后的半球體或半球筒體置于真空電子束焊機(jī)中進(jìn)行對焊成型，形成鈦合金氣瓶。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種航天器燃料用高強(qiáng)度鈦合金氣瓶的成型方法，其特征在于，包括以下步驟 1)將TB8板材裁剪為圓形板還； 2)將裁剪好的圓形板坯置于真空熱處理爐中進(jìn)行固溶處理加熱溫度800°C 850°C，保溫O. 5 1. 5小時(shí)，通氬氣冷卻或油淬； 3)將固溶處理后的圓形板坯在旋壓機(jī)上冷旋壓為半球體或半球筒體； 4)將旋壓獲得的半球體或半球筒體精整裁邊； 5)將精整裁邊后的半球體或半球筒體置于真空電子束焊機(jī)中進(jìn)行對焊成型，形成鈦合金氣瓶。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器燃料用高強(qiáng)度鈦合金氣瓶的成型方法，其特征在于，以質(zhì)量百分比...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張利軍，常輝，薛祥義，周中波，王幸運(yùn)，白鈺，郭凱，劉娣，
申請(專利權(quán))人：西安西工大超晶科技發(fā)展有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：