制造超塑成形和擴散接合的制品的方法及其制品技術

揭示一種制造超塑性地成型并擴散接合的制品的方法及用該方法制造的制品。將金屬板以一定方式超塑性地成型并擴散結合，即使在金屬板各外表面上形成一些枕形塊，提供一種由槽互連的蜂窩結構以便控制進入小網格內的氣體壓力。該蜂窩結構在一個實施例中可扭曲，而這些小網格通過超塑性成型可被充氣膨脹。這種扭曲的蜂窩結構尤其用作為一種翼片所需的中間硬化件。（*該技術在2009年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種制造超塑性成形和擴散接合的制品的方法及由此方法制出的制品。該方法和制品尤為適用于如中空翼，翼板，導管件，箱體(例如成為發動機箱體一部分的帶法蘭管)和框架(即軸承支撐件的部分)等所用的硬化蜂窩狀板結構。在某些實施例中，本專利技術尤適用于如壓縮機或風扇轉子和定子翼片的空間曲率翼片的制造。與粘性流體所表現的特性相類似，超塑性是某些金屬呈現的流動特性，這些金屬具有異常高的拉伸長度而無縮頸現象，即在有限溫度和變形率范圍內，當受拉伸時橫截面積均勻地減小。這種為鈦合金和某些其它金屬和金屬合金所特有的現象已利用于制造多種制品，尤其是那些具有小彎曲半徑的錯綜復雜形狀的制品。還了解到在這些相同的超塑性成形溫度下，當在接觸表面上施以壓力時，相同的材料能擴散接合。擴散接合是這樣一種工藝，即在相鄰接觸的金屬件上在一規定時間長度內施加以熱和壓力，從而形成一冶金接合。接合被認為是由于原子穿過金屬件的相鄰表面的運動而產生的，它是時間、溫度和壓力的函數。該種工藝的獨特正在于可使金屬結合而不會明顯改變接合處的它們的物理或冶金性能并使幾何畸變最小。為了適應旨在減輕盤凸緣負載而對重量輕、高強度和堅硬翼片的要求，以及對導管、框架和類似結構，特別是飛機和宇宙飛船的要求，早在1970年就開始利用超塑性成形和擴散接合工序的不同組合制造制品。在一種較早的而為現今在使用的技術中，工件僅在選取的位置接合，而在未選擇的位置涂復保護層以防接合。這是為使這些位置靠超塑性成形而不接合地成形所必需的。最早使用該保護層的情況在美國專利No.3920175中例述過。含有最常見的一氮化硼和三氧化二釔的已知的保護層會產生嚴重損害最終的接合處的完整性的雜質，并能導致脆化。在復雜結構，尤其是應用蜂窩狀硬化芯的中空芯結構中，不可能全部除去保護層。此外，保護層通常被手刷到不要接合的區域上，很可能產生不穩定和不一致接合區。因此，使用保護層也被限于較簡單的結構和寬的接合區。雜質也很可能隨保護層而發生，從而阻止可靠地接合。與保護層有聯系的許多問題至少早在如1976年的美國專利No.4087037(具體參閱第1縱列第20-42行和55-58行;還可參閱美國專利No.4304821中的第一縱列第45-56行)的現有技術中已認識到，該專利描述了一種用于不必使用保護層而生產超塑性成形和擴散接合制品的方法及壓力機械。該專利提出不必使用保護層，而使用一種復雜的壓力機，該機能連續控制工藝以使在零件可彼此接觸以擴散接合之前完成超塑性成形各工序。通過使用一限制模和一配對的可動的模(flexibledie)可部分實現此目的，在達到擴散接合溫度前這對于壓力方式是必需的。注意該專利指出必須防止不要接合的表面意外地接觸，因為這種不期望的接合將造成明顯的危害(參閱第3縱列第29-34行)。雖然該專利舉薦了形成帶空間曲率的大范圍結構的已公開的機械的性能，但申請人并不了解為那目的的這種機械的任何有效的工業用法(或任何機械或方法學的那些事情)。避用保護層的另一途徑是將兩或多塊金屬板縫焊在一起以呈一接合方式，然后由于焊合板在受熱時的膨脹而超塑性形成一由互連的諸小網格組成的蜂窩狀結構，有時同時接合于外板。這樣的焊接工藝已揭示于如美國專利No.4351470，4304821和4217397中，其中最早的那個專利申請于1978年。但是，縫焊接合方式有某些缺點。首先，它不能在充分詳細的細節上精確控制以達到均勻寬度的接合，尤其對較細致的結構形狀更是這樣，且還必需一較寬的接合寬度，因而在充氣(膨脹)期間當在金屬板中形成的相鄰小網格的側壁必須雙雙背對背相接以會聚于焊接線的中間時，就導致產生斷裂應力。此外，縫焊會產生不可靠的接合，因為故意留在焊縫之間的間隙將在受熱時進行擴散接合，由此妨礙了為達到均勻的超塑性成形所必需的流體流動。其結果，總的說來，焊接結構不能滿足高度受力件，尤其是工況惡劣的零件如風扇翼片的制造的要求。上面提到的美國專利No.4351470扼要指出了“不用焊接法，可利用一些其他措施，如擴散接合，將板固定在一起。”(見第2-3縱列)。盡管如此，它并沒說明如何達到這種擴散接合的方式。由于意識到必須小心防止在非接合的那些表面接觸(參閱如美國專利No.4087037第3縱列第29-34行;美國專利No.4304821第一縱列第39-42行)，很可能所引用的句子中考慮到為那目的而使用防護涂層或間隔物(間隔物會提出類似于防護涂層的和其它的問題)。除了由使用保護層和焊接引起的一些問題和歸因于在成形中金屬局部修磨的一些問題外，還會從在現有諸工藝中諸結構組件經受的多次熱循環中產生一些問題，其中熱循環對最終的結構產生削弱作用。還有在某些現有技術的諸方法，尤其(但并不僅僅)應用防護涂層的那些方法中的其它許多缺點是，在它們成形后不能檢查和評定接合的整體性，這是因為靠加工工藝不能反映出接合部。當蜂窩狀結構用作一翼片的中空芯時，該問題是尤為嚴重的，其中蜂窩狀結構在兩層外表面層之間形成后被封起來。與硬化芯情況相反，由于精加工結構的大部分開支和翼片本身有關，故因其廢品率較高而使這些工藝在經濟性上不可行。盡管現有技術試圖不用保護層或焊接法，以及不用苯重而貴重設備而達到超塑性成形和擴散接合制品的工業上可行的方法，但是至今申請人尚不知道任何工業上成功的結果。有關復雜的空間曲率翼片結構以及復雜的結構件如框架或這種構件的結構單元的制造方面，還沒有一種成功的方法，這是值得注意的。廣泛地說，為了克服上述的缺點，按照本專利技術的結構，可通過將一塊或一對金屬板放置在至少一塊模板當中，最好是放在一副模板之間制成，模板沿著一條板表面與金屬板接觸，在該條板表面的間隔處，形成一系列多邊形空隙，這些空隙通過條板表面上形成的各凹槽互相連通。在受熱時當模板將諸金屬板壓在一起時，沿該條板表面接觸的金屬流入鄰近的金屬板的非接觸的多邊形區域，使得這些部位朝外流動，從而形成一系列枕形小網格，這些小網格通過與上述的各個凹槽相對應的成網絡狀的一些通道互相連接。當將兩塊金屬板結合在一起時，諸小網格可以通過位于金屬板邊緣上的一排氣管所施加的氣壓并借助網絡狀通道將氣壓送到所有的小網格，從而將各小網格吹脹。本專利技術部分地基于這樣一種發現，即沿著那些條板表面對金屬板進行加壓，可以使金屬板上的金屬流入條板表面間隔的多邊形區域，使這些區域鼓起或(當兩塊金屬板同時成形時)通過足以構成可加壓的互相連接的枕形小網格的數量而分隔開;這樣，即使沒有保護層，金屬板的枕形區域也不會在擴散接合溫度下接合在一起;而且這還提供了一種制造硬化的增強金屬結構的新的有用的途徑。還發現以這種方式制造的預制件可進一步加工生產出整體復合彎曲增強的結構，這種結構可用于壓縮機和風扇轉子或定子葉片及類似的翼片結構。可以相信，每一塊金屬板在成形工藝中，可以借助在金屬板和相鄰的模板之間某些類似于表面張力作用的親合力形成一些向該相鄰模板延伸的枕形柱。這里所說的術語“枕形柱”意味著當用模板沿條板表面對金屬板加壓時在金屬板的表面上形成一枕形位移或隆起。每個枕形柱與相應的壓板上的一個多邊形空隙相對應。因此，當兩個枕形柱在兩塊金屬板上同時成形或是采用別的方法同時制成時，一個“小網格”則由兩個背對背緊靠的枕形柱組成，這樣它們就可以形成一本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制作蜂窩狀結構的方法，包括（ａ）提供至少一能夠進行超塑成型的金屬板；（ｂ）施加壓力使對所述的板沿著條板表面加壓，在其間隔中形成一系列彼此由條板表面內的間隙互連的多邊形空腔，所述的壓力足以使板的厚度沿條板表面減小百分之幾到百分之十 左右，在足夠溫度下施加所述的壓力并保持足夠的時間，以使金屬流入多邊形空腔區和在空腔區內形成由與所述的間隙相對應的通道互連的枕形柱，而所述枕形柱和通道相對于條板表面呈隆起。　。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬文M薩頓，
申請(專利權)人：巴恩斯集團公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]