一种NiAl合金薄壁管件成形与控性一体化方法技术

本发明专利技术提供了一种NiAl合金薄壁管件成形与控性一体化方法，属于金属间化合物薄壁管件的精密成形技术领域。本发明专利技术将Ni箔和Al箔交替层叠经卷管后获得Ni/Al叠层箔管；Ni/Al叠层箔管在气胀成形模具中经塑性成形、反应合成和致密化处理，得到NiAl合金薄壁管件。本发明专利技术解决了现有的NiAl合金板坯制备及由板坯成形薄壁管件存在的材料流动与组织性能控制困难、工序复杂的问题。实施例的数据表明，本发明专利技术的方法得到NiAl合金薄壁管件的成形率高，尺寸精度高，且成分均匀分布、管件致密性好、表面无缺陷。

An Integrated Forming and Controllability Method for NiAl Alloy Thin-walled Tubes

【技术实现步骤摘要】
一种NiAl合金薄壁管件成形与控性一体化方法
本专利技术涉及金属间化合物薄壁管件的精密成形
，尤其涉及一种NiAl合金薄壁管件成形与控性一体化方法。
技术介绍
NiAl合金具有熔点高、密度低、热导率高、结构稳定性高和抗氧化性优良等优点，使其在高温工程领域优于传统钛合金，能够填补传统高温合金和高温结构陶瓷之间的空白，是一种极具潜力的新型高温结构材料。NiAl合金管件在工程领域具有良好的应用前景，主要应用于航空发动机以及超高速空天飞行器进气道和火焰筒等部件。但是，由于金属间化合物的本征脆性限制了这类材料的使用，传统的加工工艺需要包括锻造、热轧、超塑性成形等。NiAl合金管坯的制备尤为困难，传统加工方法一般先采用等温轧制(或者包套轧制)制备NiAl合金板坯，卷管后焊接获得NiAl合金焊管管坯；或者在高温下通过挤压工艺获得NiAl合金管坯。之后，再采用超塑性成形获得薄壁管件。采用传统制备工艺，工序复杂，设备要求苛刻，成品率低。因此，迫切需要研发金属间化合物的热加工新技术。针对该问题，国内外研究人员提出了以下技术思路。公开号CN106676330A的专利提出了一种NiAl合金及其制备方法，该方法采用Ni、Al粉末通过真空热压法或精密铸造法制备NiAl合金，该方法可应用于制备玻璃热弯模具。但是，该方法用于NiAl合金薄壁构件的制备较为困难。公开号CN103057203A的专利提出了一种层状NiAl材料及其制备方法，该方法采用Ni箔与Al箔的交替叠层进行两次热压复合，热处理后得到NiAl合金板材。但是，制备NiAl合金薄壁管件的方法依然采用的是传统方法，都是先制备板坯，获得NiAl合金焊管后，最终采用超塑性成形制备管材构件。另外，卷管工艺困难，焊管工艺复杂，超塑性成形工艺对成形装备和材料组织要求较高，成形速率较低，薄壁管件的超塑成形缺陷较多，如变形过程中易产生空洞，导致材料断裂。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种NiAl合金薄壁管件成形与控性一体化方法，本专利技术的方法中，气胀成形、反应合成和致密化处理均在气胀成形模具中进行，操作简单，且制备的薄壁管件成分分布均匀、致密性好，表面无缺陷。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种NiAl合金薄壁管件成形与控性一体化方法，包括以下步骤：(1)根据NiAl合金中Ni原子和Al原子的原子个数比，计算Ni箔和Al箔的厚度比；将所需Ni箔和Al箔进行预处理，得到预处理Ni箔和预处理Al箔；(2)将若干个预处理Ni箔和若干个预处理Al箔交替堆叠，得到Ni/Al叠层箔；将所述Ni/Al叠层箔卷管，得到Ni/Al叠层箔管；(3)将所述Ni/Al叠层箔管进行气胀成形，待Ni/Al叠层箔管充分贴合气胀成形模具后，依次进行第一反应合成、第二反应合成和致密化处理，得到NiAl合金薄壁管件；所述第一反应合成为将所述气胀成形模具升温至610～650℃、气体压力升至10～20MPa、保温保压2～5h；所述第二反应合成为将所述气胀成形模具升温至1000～1300℃、气体压力升至10～50MPa、保温保压2～4h；所述致密化处理为将所述气胀成形模具升温至1000～1300℃、气体压力升至50～100MPa、保温保压1～5h。优选地，将所述Ni/Al叠层箔卷管后，还包括将所述Ni/Al叠层箔对接处进行焊接。优选地，得到Ni/Al叠层箔管后，还包括在所述Ni/Al叠层箔管内部插入金属轴管，在所述Ni/Al叠层箔管与金属轴管之间涂敷氮化硼阻焊剂，将Ni/Al叠层箔管与金属轴管整体放入圆柱体型腔模具中进行胀接，然后将Ni/Al叠层箔管与金属轴管整体取出、将内部的金属轴管取出，进行步骤(3)；所述胀接的温度为300～500℃，胀接的气体压力为15～40MPa，胀接的时间为0.1h～5h。优选地，所述气胀成形的温度和气体压力根据气胀成形条件进行实际调控。优选地，所述气胀成形的温度为室温。优选地，所述气胀成形的温度为400～600℃。优选地，所述气胀成形模具的工作表面均匀涂敷有氮化硼阻焊剂。优选地，所述气胀成形用气体、维持气体压力用气体均为惰性气体。优选地，所述第二反应合成的气体压力低于致密化处理的气体压力。优选地，所述步骤(3)替换为：将所述Ni/Al叠层箔管进行气胀成形，待Ni/Al叠层箔管充分贴合气胀成形模具后；将气胀成形模具升温至610～650℃、气体压力升至10～20MPa、保温保压2～5h，进行第一反应合成；然后在热等静压设备中依次进行第二反应合成和致密化处理，得到NiAl合金薄壁管件；所述第二反应合成为惰性气氛下于1000～1300℃，10～50MPa的气体压力下，保温保压2～5h；所述致密化处理为惰性气氛下于1000～1300℃、50～100MPa气体压力下，保温保压1～5h。本专利技术提供了一种NiAl合金薄壁管件成形与控性一体化方法，包括以下步骤：(1)根据NiAl合金中Ni原子和Al原子的原子个数比，计算Ni箔和Al箔的厚度比；将所需Ni箔和Al箔进行预处理，得到预处理Ni箔和预处理Al箔；(2)将若干个预处理Ni箔和若干个预处理Al箔交替堆叠，得到Ni/Al叠层箔；将所述Ni/Al叠层箔卷管，得到Ni/Al叠层箔管；(3)将所述Ni/Al叠层箔管进行气胀成形，待Ni/Al叠层箔管充分贴合气胀成形模具后，依次进行第一反应合成、第二反应合成和致密化处理，得到NiAl合金薄壁管件；所述第一反应合成为将所述气胀成形模具升温至610～650℃、气体压力升至10～20MPa、保温保压2～5h；所述第二反应合成为将所述气胀成形模具升温至1000～1300℃、气体压力升至10～50MPa、保温保压2～4h；所述致密化处理为将所述气胀成形模具升温至1000～1300℃、气体压力升至50～100MPa、保温保压1～5h。有益效果：一、本专利技术以Ni箔和Al箔为原料，材料的规格和成分可控性高；管材构件的壁厚可以通过原始Ni箔和Al箔的厚度和层数进行调整，制备过程安全、无污染、成本低；二、Ni箔和Al箔堆叠后直接进行气胀成形，能够发挥Ni和Al箔本身的塑性成形能力，降低模具钢的使用要求；三、在同一套模具中先后进行塑性成形、反应合成和致密化处理三道工序，能够明显提高NiAl合金薄壁管件的尺寸精度，提高生产效率；四、通过对气胀成形模具中的第一反应合成和第二反应合成的参数控制，使NiAl合金薄壁管件具有良好的成分均匀性；通过对致密化处理参数的控制，使NiAl合金薄壁管件具有优异的组织致密性；上述参数的控制能够在最短的时间内制备出具有优异成分均匀性和组织致密性的NiAl合金薄壁管件。附图说明图1为本专利技术中由Ni/Al叠层箔制成Ni/Al叠层箔管的示意图；图2为本专利技术气胀成形、反应合成和致密化处理过程中温度、压力随时间的变化示意图；图3为本专利技术气胀成形模具的结构示意图，其中，1为第一上模，2为第二上模，3为第一下模，4为第二下模，5为热电偶，6为加热元件，7为左冲头，8为右冲头，9为气压管路，10为待成形管件；图4为本专利技术制备NiAl合金薄壁管件所用装置，其中：1为高压气源，2为充气控制柜，3为第一上模，4为第二上模，5为下模，6为加热器，7为温控器，8为保温层，9为隔热板，10为水冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NiAl合金薄壁管件成形与控性一体化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据NiAl合金中Ni原子和Al原子的原子个数比，计算Ni箔和Al箔的厚度比；将所需Ni箔和Al箔进行预处理，得到预处理Ni箔和预处理Al箔；(2)将若干个预处理Ni箔和若干个预处理Al箔交替堆叠，得到Ni/Al叠层箔；将所述Ni/Al叠层箔卷管，得到Ni/Al叠层箔管；(3)将所述Ni/Al叠层箔管进行气胀成形，待Ni/Al叠层箔管充分贴合气胀成形模具后，依次进行第一反应合成、第二反应合成和致密化处理，得到NiAl合金薄壁管件；所述第一反应合成为将所述气胀成形模具升温至610～650℃、气体压力升至10～20MPa、保温保压2～5h；所述第二反应合成为将所述气胀成形模具升温至1000～1300℃、气体压力升至10～50MPa、保温保压2～4h；所述致密化处理为将所述气胀成形模具升温至1000～1300℃、气体压力升至50～100MPa、保温保压1～5h。

【技术特征摘要】
1.一种NiAl合金薄壁管件成形与控性一体化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据NiAl合金中Ni原子和Al原子的原子个数比，计算Ni箔和Al箔的厚度比；将所需Ni箔和Al箔进行预处理，得到预处理Ni箔和预处理Al箔；(2)将若干个预处理Ni箔和若干个预处理Al箔交替堆叠，得到Ni/Al叠层箔；将所述Ni/Al叠层箔卷管，得到Ni/Al叠层箔管；(3)将所述Ni/Al叠层箔管进行气胀成形，待Ni/Al叠层箔管充分贴合气胀成形模具后，依次进行第一反应合成、第二反应合成和致密化处理，得到NiAl合金薄壁管件；所述第一反应合成为将所述气胀成形模具升温至610～650℃、气体压力升至10～20MPa、保温保压2～5h；所述第二反应合成为将所述气胀成形模具升温至1000～1300℃、气体压力升至10～50MPa、保温保压2～4h；所述致密化处理为将所述气胀成形模具升温至1000～1300℃、气体压力升至50～100MPa、保温保压1～5h。2.根据权利要求1所述的NiAl合金薄壁管件成形与控性一体化方法，其特征在于，将所述Ni/Al叠层箔卷管后，还包括将所述Ni/Al叠层箔对接处进行焊接。3.根据权利要求1所述的NiAl合金薄壁管件成形与控性一体化方法，其特征在于，得到Ni/Al叠层箔管后，还包括在所述Ni/Al叠层箔管内部插入金属轴管，在所述Ni/Al叠层箔管与金属轴管之间涂敷氮化硼阻焊剂，将Ni/Al叠层箔管与金属轴管整体放入圆柱体型腔模具中进行胀接，然后将Ni/Al叠层箔管与金属轴管整体取出、将内部的金属轴管取出，进行步骤(3)；所述胀接的温度为300～500...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑世剑，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21