Способ изготовления металлических панелей из титано-алюминиевых сплавов


 

B23K101/02 - Пайка или распаивание; сварка; плакирование или нанесение покрытий пайкой или сваркой; резка путем местного нагрева, например газопламенная резка; обработка металла лазерным лучом (изготовление изделий с металлическими покрытиями экструдированием металла B21C 23/22; нанесение облицовки или покрытий литьем B22D 19/08; литье погружением B22D 23/04; изготовление составных слоистых материалов путем спекания металлического порошка B22F 7/00; устройства для копирования и регулирования на металлообрабатывающих станках B23Q; покрытие металлов или материалов металлами, не отнесенными к другим классам C23C; горелки F23D)

Владельцы патента RU 2598747:

Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (RU)

Изобретение может быть использовано для получения ультрамелкозернистых сверхпластичных листов титано-алюминиевых сплавов при изготовлении сложных деталей методом сверхпластической формовки и диффузионной сварки. Листы готового проката титано-алюминиевого сплава, например, Ti-48Al-2Cr-2Nb толщиной 2,0 мм, предварительно обрабатывают на воздухе лазерным излучением и подвергают горячему обжатию при давлении 150 МПа и температуре 1250°C в течение 2 часов. Таким образом, первоначальный крупномодульный слоистый микроструктурный сплав превращается в мелкомодульный дуплексный, который обладает сверхпластичностью и способен соединяться на межатомном уровне, т.е. диффузионной сваркой. Диффузионную сварку осуществляют в вакуумной печи при температуре 1100°C, давлении газа 10 МПа и скорости деформации 8·10-5 c-1. Способ обеспечивает повышение прочностных характеристик диффузионного сварного соединения деталей из титано-алюминиевых сплавов.

 

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к способам получения листов с регламентированной структурой, и может быть использовано для получения ультрамелкозернистых сверхпластичных листов титано-алюминиевых сплавов для получения сложных деталей методом сверхпластической формовки и диффузионной сварки.

В авиационной и других отраслях промышленности перспективно применение конструкций из высокопрочных титано-алюминиевых сплавов. Причем во многих случаях при получении силовых конструкций, по аналогии с титановыми сплавами, требуется создание слоистых конструкций вафельного или ячеистого типа, т.е. возникает задача соединения листовых титано-алюминиевых сплавов.

Существующие методы жидкофазного соединения титано-алюминиевых сплавов (сваркой, пайкой) не обеспечивают необходимой высокой прочности соединения. Наиболее перспективен способ диффузионной сварки, причем эффективность твердофазной технологии существенно возрастает, если соединение (диффузионная сварка) ведется в одном последовательном цикле вслед за сверхпластическим деформированием.

Основной трудностью при соединении титано-алюминиевых сплавов является присутствие на их поверхности термодинамически стабильной плотной окисной пленки, препятствующей контакту между металлическими поверхностями. Для того чтобы произошло диффузионное взаимодействие в контакте титано-алюминиевых сплавов и соответственно была обеспечена высокая прочность соединений, необходимо разрушить окисную пленку (идеальный вариант - удалить ее с поверхности).

Из-за большого сродства алюминия к кислороду он обладает плотной термодинамически стабильной окисной пленкой толщиной 5…10 нм, состоящий из двух слоев: плотного барьерного и рыхлого гидратированного. Барьерный слой имеет меньшую толщину и в нем возникают сжимающие напряжения, в рыхлом возникают растягивающие напряжения. На чистом алюминии толщина рыхлого слоя окисной пленки значительно меньше, чем на сплавах, содержащих титан или магний. Оксиды на титаново-алюминиевых сплавах обладают более высокой химической стойкостью и имеют сложный состав Al2O3 HO2 и Ti2O или Al2O3 H2O и MgO. Прочностная окисная пленка присутствует на соединяемых поверхностях, в процессе нагрева она практически не разрушается и препятствует образованию металлического контакта. Определяющим фактором при получении прочных диффузионных соединений титаново-алюминиевых сплавов является выбор рациональной и эффективной технологии подготовки поверхностей этих сплавов.

Известны способы получения металлических листов методом сверхпластической формовки и диффузионной сварки, при которых листовые заготовки заполнителя собирают в пакет и размещают в печи, где их нагревают до необходимой температуры и при помощи штампа с определенной оснасткой производят сверхпластическую формовку и диффузионную сварку давлением газа (патенты США №3920175, 1975, №4043418, 1976, №4882833, 1987, патент Японии №60-9100, 1985).

Наиболее близким по набору существенных признаков является техническое решение RU 2170636 С2, 20.07.2001 г., которое было принято авторами за ближайший аналог.

Детали из алюминиевого сплава 1201 в виде пластин толщиной 2,0 мм подвергаются обработке импульсным излучением лазера. Затем детали помещали в вакуумную печь и диффузионно сваривали при температуре 526°C и давлении 5 МПа, после чего охлаждали и вынимали готовые изделия.

Недостатком данного способа является то, что в этом случае выявляется недостаточная прочность соединения в местах диффузионной сварки из-за недостаточного разрушения поверхности окисной пленки, которая препятствует контакту свариваемых поверхностей.

Целью настоящего изобретения является повышение прочностных характеристик диффузионного соединения изделий из титано-алюминиевых сплавов.

Указанная цель достигается за счет того, что в способе, состоящем из изготовления панелей титано-алюминиевых сплавов, при котором свариваемые поверхности соединяемых деталей предварительно обрабатывают на воздухе лазерным изучением с плотностью энергий 105…106 Вт/см2, детали диффузионно сваривают при температуре 526°C. После предварительной обработки на воздухе лазерным излучением проводят обжатие при температуре 1250°C и давлении 150 МПа, а диффузионную сварку производят при температуре 1000°C с давлением газа 10 МПа со скоростью деформации 8·10-5 с-1.

Способ изготовления металлических панелей из титано-алюминиевых сплавов осуществляется следующим образом. Листы готового проката из титано-алюминиевого сплава Ti-48Al-2Cr-2Nb толщиной 2,0 мм подвергают горячему обжатию при 150 МПа и температуре 1250°C в течение 2 часов. Таким образом, первоначальный крупномодульный слоистый микроструктурный сплав превращается в мелкомодульный дуплексный микроструктурный сплав Ti-48Al-2Cr-2Nb за счет растворения частиц неравновесной части вторичной фазы AlTi2 в матричной фазе Ti-48Al-2Cr-2Nb, который обладает сверхпластичностью и способен соединятся на межатомном уровне, т.е. диффузионной сваркой.

Диффузионная сварка происходит в вакуумной печи при помощи штампа при температуре 1100°C, давлении газа 10 МПа и скорости деформации 8·10-5 c-1.

Таким образом, используя эти способы, а именно горячую дрессировку при температуре 1250°C и давлении обжатия 150 МПа, получаем сверхпластичный титано-алюминиевый сплав за счет большего разрушения окисной пленки на поверхности свариваемых деталей и получения сплава с матричной структурой, в котором рост зерен основной матрицы сдерживается частицами вторичной фазы, растворенными в матричной фазе, тем самым повышая прочность соединения диффузионной сварки.

Способ изготовления металлических панелей из титаново-алюминиевых сплавов, включающий диффузионную сварку листов при заданной температуре, отличающийся тем, что свариваемые поверхности соединяемых листов предварительно обрабатывают на воздухе лазерным излучением с плотностью энергии 105…106 Вт/см2, после чего проводят обжатие при температуре 1250°С и давлении 150 МПа, а диффузионную сварку производят при температуре 1000°С с давлением газа 10 МПа со скоростью деформации 8×10-5c-1.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при изготовлении сваркой давлением с подогревом многослойных панелей из титановых сплавов, в частности, для аэрокосмического машиностроения.

Изобретение может быть использовано для получения биметалла из меди и низкоуглеродистой стали при изготовлении деталей, применяемых в конструкциях установок для электролиза алюминия.
Изобретение относится к способу сварки давлением металлических деталей и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Свариваемые детали сжимают.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения композиционного материала из титана или его сплава, и может быть использовано для медицинских изделий, в частности, погружных фиксирующих имплантатов, применяемых в травматологии и ортопедии.
Изобретение относится к способу диффузионной сварки. Очищают детали из нержавеющей стали и мембраны из фольги палладия или палладиевого сплава электрополировкой.
Изобретение может быть использовано для оптимизации технологического процесса сверхпластической формовки при изготовлении ответственных силовых деталей, в частности шпангоутов, силовых нервюр, балок шассийных и т.д.
Изобретение может быть использовано при изготовлении сверхпластической формовки изделий сложной формы, в частности лопаток компрессора. Изготавливают лопатки компрессора из высокопрочного титанового сплава ВТ6 на основе эвтектоидной системы легирования.

Изобретение относится к способу диффузионной сварки элементов из литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе. Изобретение может быть использовано для изготовления рабочих лопаток, дисков газовых турбин и др., которые работают при высоких нагрузках и температурах.

Изобретение может быть использовано для изготовления деталей из порошковых жаропрочных никелевых сплавов методом диффузионной сварки, например, при изготовлении рабочих лопаток и дисков газовых турбин.

Изобретение может быть использовано в аэрокосмическом машиностроении для изготовления многослойных панелей из титанового сплава ВТ-23. После предварительного отжига листов заполнителя при температуре 680°C с последующей выдержкой на воздухе в течение 25 минут осуществляют сборку в пакет упомянутых листовых заготовок.

Изобретение относится к алюминиевому сплаву системы Al-Si-Cu и листовому продукту с этим сплавом, предназначенным в основном для использования в транспортных средствах.

Изобретение может быть использовано при изготовлении сваркой давлением с подогревом многослойных панелей из титановых сплавов, в частности, для аэрокосмического машиностроения.

Изобретение может быть использовано при сварке высоколегированных с содержанием хрома до 25 мас. % и никеля до 30 мас.30% и разнородных сталей.

Изобретение относится к способу лазерной сварки соединений труба - трубная доска. Предварительно перед сваркой осуществляют сборку соединений труба - трубная доска с зазором меньше 0,2 мм.

Изобретение может быть использовано при изготовлении трехслойных металлических полых панелей для соединения их с корпусом судна при создании, например, переборок, выгородок, палуб, стенок рубок и надстроек судов.

Изобретение относится к способам формирования подводного трубопровода при его прокладке. При этом многослойные металлические трубные секции (2a, 2b), например с внутренним покрытием (6) коррозионностойким сплавом и с фасками на концах, стыкуют с концом трубопровода с формированием свариваемого кольцевого соединения (8).

Изобретение может быть использовано при ремонте изношенных или поврежденных бандажных полок лопаток турбомашин, выполненных из титановых сплавов. С поврежденных участков удаляют покрытие и поверхностный слой металла, например, алмазным шлифованием.

Изобретение может быть использовано для соединения секций железнодорожных рельсов стыковой сваркой оплавлением с использованием виброоборудования. Предварительно осуществляют настройку и прикрепление виброоборудования на железнодорожный рельс.
Изобретение может быть использовано при высокотемпературной пайке изделий из алюминия и его сплавов, например плоских термоплат. Сборку деталей под пайку производят через металлическую проставку, имеющую предел прочности, больший или равный пределу прочности материала паяемых деталей.
Изобретение относится к способу диффузионной сварки. Очищают детали из нержавеющей стали и мембраны из фольги палладия или палладиевого сплава электрополировкой.

Изобретение относится к изготовлению ячеистых плит из профилей, каждый из которых имеет плоский первый наружный элемент, параллельный ему плоский второй наружный элемент и соединяющий их внутренний элемент.
Наверх