金属分级构筑成形方法技术

本发明专利技术公开金属分级构筑成形方法：首先使用常规构筑方法进行一级构筑，获得下一级构筑的毛坯基元。之后进行N级构筑，将两个毛坯基元堆垛成预定形状；将堆垛成预定形状的两个毛坯基元封装成预制坯；通过锻焊使得两个毛坯基元之间的界面焊合以将预制坯制成毛坯；将毛坯锻造至所需形状，作为N+1级构筑的毛坯基元；重复以上步骤以实现多级构筑，制备更大型的毛坯。在执行所述N级构筑步骤时，如果在通过锻焊使得两个毛坯基元之间的界面焊合以将预制坯制成毛坯的过程中，两个毛坯基元之间的界面没能够完全焊合，能够将两个毛坯基元锻造回到N‑1级构筑结束时毛坯基元的尺寸，以进行再一次的重新构筑。在每次N级构筑过程中预制坯中仅存在一个界面。

Forming method of metal grading construction

The invention discloses the forming method of the metal grading Construction: first, the first order construction is carried out by the conventional construction method, and the blank base of the next grade is obtained. After N building, two blank element stacking into a predetermined shape; the stack into a predetermined shape two blank element encapsulated into the preform; to preform made by forging and welding the two blank blank element interface between welding; the blank forging to the required shape, as N+1 build the blank element; repeat the above steps to achieve multi-level building, preparation of large blank. In the implementation of the N class to build steps, if in the process of preform made blank by welding the two blank element of the interface between the two bonding interface between the blank element can not completely welded, can be two yuan back to N forging blank base at the end of 1 to build blank element size, to re build again. There is only one interface in the preform during each N stage construction.

【技术实现步骤摘要】
金属分级构筑成形方法
本专利技术涉及一种金属材料制造方法，具体来说是通过分级构筑方式实现金属或金属基材料成形的加工方法。该方法不但适用于同质材料的均质化制造，而且还适用于异质材料的复合制造。
技术介绍
金属材料是人类历史发展中最不可或缺的材料，基于其得天独厚的廉价性、强韧性、耐久性等特点，金属在当代材料工业中始终占据主导地位。经过数千年的积累，人类已掌握一整套相当成熟的金属材料生产技术，例如传统的钢铁生产历经冶炼、浇铸、压力加工和热处理工序，产品质量稳定，价格低廉。近年来出现的金属基复合材料结合了金属材料与非金属材料的优点，具有比重小、比强度高等特点，进一步拓宽了金属材料的应用范围。一些关键领域对复合界面的结合强度要求较高，传统的爆炸复合方式由于在常温下压力复合，界面上存在显微缺陷，已难以满足要求，需要开发更加可靠、更加安全的新的金属复合方法。金属构筑成形方法，是一种采用多块体积更小的金属坯作为构筑基元制成大型金属坯的增材制造方法。该方法通过制备多个基元、将多个基元堆垛成预定形状、将堆垛成预定形状的多个基元封装成预制坯、通过锻焊使得多个基元之间的界面焊合以将预制坯制成毛坯等步骤实现使用较小的铸坯、锻坯或轧坯制造大型锻件的目的。然而，在构筑坯料制造过程中，由于偶然因素如界面污染或焊缝失效造成基元之间的界面破真空而导致报废的可能性很大。对于100t以上的超大型锻件，单一界面的失效导致锻件整体报废的损失巨大，亟需通过有效的方法规避风险。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备大型金属材料或复合金属材料的分级构筑成形方法，首先采用常规的构筑方法进行多层铸坯、锻坯或轧坯的构筑，将构筑坯料锻焊后获得毛坯。其中锻焊是指在高温锻造过程中，通过不同基元间的原子扩散使界面充分焊合而实现冶金连接的过程。在完成常规构筑过程后，将毛坯锻造成所需形状，获得毛坯基元。将其进行表面加工和清洁后，将两个毛坯基元封装在一起，并使界面内部保持高真空状态，然后施加以镦粗大变形为特点的锻焊工艺，使两个基元结合在一起成为毛坯。可以多次重复将两件毛坯基元锻焊成一件更大的毛坯的过程，每一次构筑称为一级。进行多级构筑后，可以实现超大型锻件的制造。本专利技术公开的一种金属分级构筑成形方法，其特征在于，包括：一级构筑和N级构筑，所述一级构筑包括如下步骤：制备多个毛坯基元；将多个毛坯基元堆垛成预定形状；将堆垛成预定形状的多个毛坯基元封装成预制坯；通过锻焊使得多个毛坯基元之间的界面焊合以将预制坯制成毛坯；将毛坯锻造至所需形状，作为下一级构筑的毛坯基元；所述N级构筑(N≥2)包括如下步骤：将两个通过所述N-1级构筑形成的毛坯基元堆垛成预定形状；将堆垛成预定形状的所述两个通过所述N-1级构筑形成的毛坯基元封装成预制坯；通过锻焊使得所述两个通过所述N-1级构筑形成的毛坯基元之间的界面焊合以将预制坯制成毛坯；将毛坯锻造至所需形状，作为N+1级构筑的毛坯基元；重复所述N级构筑的步骤以制备更大型的毛坯，使得在后续每级构筑过程中预制坯中仅存在一个界面。重复构筑过程直至坯料重量达到目标重量后将坯料锻造至最终锻件尺寸。本专利技术的技术方案为：一种金属分级构筑成形方法，包括如下步骤：首先使用常规构筑方法进行一级构筑，制备毛坯基元：将多块小规格金属坯(可为铸坯、锻坯或轧坯)堆垛后进行真空封装，之后对其施加以镦粗大变形为特点的锻焊工艺，使多块小规格金属坯结合在一起成为毛坯。将毛坯锻造成圆柱体或长方体形，获得毛坯基元；然后将毛坯基元构筑、封焊成预制坯：将两块毛坯基元堆垛成大规格长方体或圆柱体，采用廉价金属板将构筑后的坯料整体封装成箱，并对箱内抽真空处理；或采用真空焊接方式分别将各毛坯基元间的界面封装；封装后的坯料称之为预制坯；然后将预制坯锻焊成毛坯：将封装后的预制坯加热到指定温度出炉，在液压机上进行锻造，实施镦粗大变形的措施，使界面充分焊合，实现冶金连接，成为一体化的毛坯；将毛坯制成毛坯基元重复构筑过程：将锻焊后成为一体的毛坯制成毛坯基元，重复以上将毛坯基元制造成毛坯的构筑过程，每次重复构筑过程称为一级，直至毛坯重量达到目标重量。最后成形为器件：将毛坯采用锻造、轧制等压力加工方式进一步成形，采用机加工方式精确成形为最终规格尺寸。该方法的具体步骤如下：第一步，使用常规构筑方法进行一级构筑，制造毛坯基元；第二步，加工、清洗毛坯基元表面；第三步，将两块毛坯基元堆垛；第四步，将堆垛后的毛坯基元封装，使各接触界面处于真空状态；第五步，对封装后的预制坯实施锻前加热；第六步，对预制坯实施镦粗变形，获得毛坯；第七步，将毛坯制作为毛坯基元，重复第二步至第六步的过程，直到毛坯重量达到目标重量；第八步，将毛坯加工成形至最终规格尺寸。在金属分级构筑成形方法的第一步中，使用常规构筑工艺，将金属坯裁切、表面加工清洗、堆垛、封装、锻焊后制成毛坯，此过程称为第一级构筑。将毛坯锻造成圆柱体或长方体形，获得毛坯基元。每块毛坯基元的高度与宽度/厚度/直径的比例不超过1.5∶1，便于实施镦粗变形。在金属分级构筑成形方法的第二步中，采用角磨、钢刷打磨毛坯基元表面，去除氧化皮，必要时采用铣床加工表面。然后采用丙酮、酒精等有机溶剂清洗表面，保障表面高度清洁，露出新鲜金属。在金属分级构筑成形方法的第三步中，将两块毛坯基元堆垛成大规格长方体或圆柱体，使边缘对齐，堆垛后总高度与宽度/厚度/直径的比例不超过3∶1。在金属分级构筑成形方法的第四步中，采用廉价金属板将堆垛后的毛坯基元整体封装成箱，箱体预留抽真空接口，对箱内抽真空处理后再封堵接口；或将堆垛后的毛坯基元整体放入真空室内，再采用真空焊接方式将两基元间的界面封装，封装界面的焊接深度为10～50mm。封装完成后获得预制坯。在金属分级构筑成形方法的第五步中，将焊接完成的预制坯送入加热炉加热，加热温度为0.8至0.9Tm，Tm为材料的熔点，单位为℃。优选温度为0.85Tm。在金属分级构筑成形方法的第六步中，将加热后的坯料水平放置于锻压机操作平台上，采用镦粗板对坯料沿高度方向(即垂直于界面方向)进行镦粗；压下坯料总高度的10-50％，此过程称为锻焊，锻焊结束后获得毛坯，此过程称为第二级构筑。在锻造过程中，如果两个毛坯基元之间的界面没能够完全焊合，则将两个毛坯基元分离并锻造回到第一步中毛坯基元的尺寸，以重新进行第二级构筑。在金属分级构筑成形方法的第七步中，将毛坯进一步锻造成圆柱体或长方体形，获得毛坯基元。将两块相同尺寸的毛坯基元再次进行表面加工、清洗、堆垛、封装、锻焊，即重复第二步至第六步的过程，此过程称为第三级构筑。可多次重复此过程，每次重复进行构筑称为一级。每次构筑后毛坯重量为该次构筑前毛坯基元重量的2倍，进行多级构筑直到毛坯重量达到目标重量为止。在金属分级构筑成形方法的第八步中，将多级构筑后的毛坯通过锻造、轧制等压力加工方式进一步成形，采用机加工方式精确成形为最终规格尺寸。本专利技术突破了金属器件的母材只能比其更大的传统思维，使用品质更优、成本更低的小型金属坯构筑成形，具有如下的优点和有益效果：1、实现大尺寸金属器件的均质化制造。采用多块体积更小的金属坯作为构筑基元，由于凝固速度快，因此其成分均匀性远远好于传统整体铸造的大型金属坯，在此基础上构筑而成的大尺寸金属器件不存在显著的宏观偏析。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属分级构筑成形方法，其特征在于，包括：一级构筑和N级构筑，其中N≥2，所述一级构筑包括如下步骤：制备多个毛坯基元；将多个毛坯基元堆垛成预定形状；将堆垛成预定形状的多个毛坯基元封装成预制坯；通过锻焊使得多个毛坯基元之间的界面焊合以将预制坯制成毛坯；将毛坯锻造至所需形状，作为下一级构筑的毛坯基元；所述N级构筑包括如下步骤：将两个通过所述N‑1级构筑形成的毛坯基元堆垛成预定形状；将堆垛成预定形状的所述两个通过所述N‑1级构筑形成的毛坯基元封装成预制坯；通过锻焊使得所述两个通过所述N‑1级构筑形成的毛坯基元之间的界面焊合以将预制坯制成毛坯；将毛坯锻造至所需形状，作为N+1级构筑的毛坯基元；重复所述N级构筑的步骤以制备更大型的毛坯，使得在后续每级构筑过程中，在预制坯之间仅存在一个界面，重复构筑过程直至坯料重量达到目标重量后将坯料锻造至最终锻件尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种金属分级构筑成形方法，其特征在于，包括：一级构筑和N级构筑，其中N≥2，所述一级构筑包括如下步骤：制备多个毛坯基元；将多个毛坯基元堆垛成预定形状；将堆垛成预定形状的多个毛坯基元封装成预制坯；通过锻焊使得多个毛坯基元之间的界面焊合以将预制坯制成毛坯；将毛坯锻造至所需形状，作为下一级构筑的毛坯基元；所述N级构筑包括如下步骤：将两个通过所述N-1级构筑形成的毛坯基元堆垛成预定形状；将堆垛成预定形状的所述两个通过所述N-1级构筑形成的毛坯基元封装成预制坯；通过锻焊使得所述两个通过所述N-1级构筑形成的毛坯基元之间的界面焊合以将预制坯制成毛坯；将毛坯锻造至所需形状，作为N+1级构筑的毛坯基元；重复所述N级构筑的步骤以制备更大型的毛坯，使得在后续每级构筑过程中，在预制坯之间仅存在一个界面，重复构筑过程直至坯料重量达到目标重量后将坯料锻造至最终锻件尺寸。2.根据权利要求1所述的金属分级构筑成形方法，其特征在于，所述毛坯基元可以是铸坯、轧坯、锻坯或锻焊后成为一体并被锻造至所需形状的构筑坯。3.根据权利要求1所述的金属分级构筑成形方法，其特征在于，两个或多个毛坯基元堆垛成的预定形状的总高度与宽度/厚度/直径的比例不超过3∶1。4.根据权利要求1所述的金属分级构筑成形方法，其特征在于，所述预定形状为圆柱体或长方体形状。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐斌，孙明月，陈响军，李殿中，李依依，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21