一种航天发动机燃烧室内壁毛坯的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种航天发动机燃烧室内壁毛坯的制造方法，包括S1、称取Cu、Cr、Zr材料；S2、将S1所得材料进行真空感应熔炼，得到合金溶液；S3、浇铸S2所得合金溶液，得到合金铸锭；S4、对S3所得合金铸锭进行锻造、镦粗、拔长和冲孔处理，得到燃烧室内壁坯料；S5、对步骤S4所得燃烧室内壁坯料进行固热溶处理；S6、对S5处理后的燃烧室内壁坯料进行镦粗和二次扩孔处理；S7、对处理后的燃烧室内壁坯料进行粗车、时效热处理、性能检测和精车处理，得到燃烧室内壁毛坯；S8、对S7所得燃烧室内壁毛坯进行尺寸检测和外观检测，包装；本发明专利技术工艺设计合理，所得燃烧室内壁毛坯能够满足航天发动机燃烧室高强度、高散热的要求，适宜大量推广。适宜大量推广。适宜大量推广。

【技术实现步骤摘要】
一种航天发动机燃烧室内壁毛坯的制造方法


[0001]本专利技术涉及航天发动机燃烧室制造
，具体涉及一种航天发动机燃烧室内壁毛坯的制造方法。

技术介绍

[0002]液氢液氧发动机作为运载火箭的动力正在获得广泛的应用，这种液体火箭发动机燃烧室内壁经受高温高压、高速气流的作用，承受由于压力载荷和内壁两侧温度梯度引起很高的热应力。铜合金及铜基复合材料之所以能够适应火箭发动机部件用它做内壁材料，是因为它具有比其它工程材料更高的热导率。发动机燃烧室是保证火箭正常运行的核心部件，工作条件非常恶劣。如果发动机在使用过程中超温，就会引起承热部件出现过热、过烧现象，导致材料内部结构晶粒粗大或晶粒边界出现氧化或熔化，进而引起材料的塑性、冲击韧度、疲劳性能、断裂韧度及抗应力、抗腐蚀能力大大下降，引起热端部分的烧蚀、裂纹、断裂故障，因此选择符合要求的燃烧室内壁材料显得尤为重要。破坏部位是冷却通道中心，破坏方式是高温疲劳破坏，因为液体火箭发动机推力室及燃烧室是高温、高热流密度的发生点，内壁受热膨胀时承受一个很大的压力，所以要求推力室及燃烧室内壁材料具有高导热系数，高强度，高的高温抗蠕变能力以及较好的低周疲劳性能。
[0003]目前最常见的航天发动机燃烧室内壁毛坯材料为T2铜，该材料的电导率可以达到100％IACS，热导率可以达到380W/(m
·
k)，但是抗拉强度、屈服强度、延伸率的典型值为：200MPa、80MPa及35％，软化温度只有330℃，强度及软化温度都远低于航天发动机的工作环境，很难适应新一代的液氢液氧发动机；目前也有用铬锆铜材料制航天发动机燃烧室内壁毛坯，但锻造方法还是传统的锻造直筒或实心棒材，再通过机加工成型，此方法原材料利用率不高，且由于锻件壁厚大，增加了热处理的难度，不能充分的时效强化，导致材料的力学性能、导电率、热导率等不高，且不均匀。
[0004]铬锆铜材料是一种时效强化型铜合金，其中弥散分布的Cr相可以起到强化作用，使材料具有较高的力学性能。同时，铬锆铜中含有99％左右的Cu元素，使材料的导电率可以达到83％IACS以上，热导率可以达到330W/(m
·
k)以上。由于Cr相的时效强化作用，使材料的软化温度可以达到550℃以上，且在350℃时，抗拉强度可以达到300MPa以上。因此，制备具有高强高导耐高温的铬锆铜合金来满足航空
的要求是势在必行的

技术实现思路

[0005]针对上述存在的技术问题，本专利技术提供了一种航天发动机燃烧室内壁毛坯的制造方法；该专利技术的铜合金燃烧室内壁毛坯可以满足航天发动机燃烧室高强度、高散热的要求；特别可以适应航天发动机燃烧室在低温液体及高温散热的要求。
[0006]本专利技术的技术方案为：一种航天发动机燃烧室内壁毛坯的制造方法，包括以下步骤：
[0007]S1、配料；
[0008]按照质量百分比含量计，分别称取Cr 0.5
‑
1.2％；Zr 0.03
‑
0.3％和余量的Cu；其中，Cu采用电解铜板方式加入，Cr以中间合金CuCr25的形式加入，Zr以中间合金CuZr50的形式加入，中间合金CuCr25和CuZr50均采用铜皮包裹；
[0009]S2、熔炼；
[0010]采用真空中频感应电炉熔炼，首先在真空中频感应电炉的坩埚中平铺一层步骤S1所得电解铜板，然后将步骤S1所得铜皮包裹的中间合金CuCr25和CuZr50平铺在电解铜板表面，最后将剩余电解铜板平铺在坩埚最上端，控制真空中频感应电炉的加热温度为950
‑
1250℃，真空度低于5Pa；开始熔炼，熔炼完成后，得到合金溶液；
[0011]S3、浇铸；
[0012]将步骤S2所得合金溶液浇铸到模具中，待合金溶液冷却至室温后，得到合金铸锭；其中，浇铸时浇铸速度先慢后快再慢，控制浇铸温度为1220
‑
1300℃；
[0013]S4、锻造；
[0014]S40、将步骤S3所得合金铸锭加热至900
‑
950℃，然后将锻造工装及夹具预热至250
‑
350℃，开始对合金铸锭进行锻造处理，控制始锻温度为850
‑
900℃，终锻温度为650
‑
800℃；锻造处理结束后，得到合金坯料；
[0015]S41、将步骤S40所得合金坯料加热至850
‑
900℃，然后进行镦粗、拔长处理；其中，合金坯料的镦粗高度为合金坯料原始高度的45
‑
60％，拔长后高度为拔长前高度的2
‑
3倍，镦粗、拔长处理重复进行2
‑
4次；得到合金毛坯；
[0016]S42、将步骤S41所得合金毛坯利用锥形冲头进行冲孔，得到圆筒毛坯；然后对圆筒毛坯进行一次扩孔，最后对扩孔后的圆筒毛坯一端进行收口处理，得到燃烧室内壁坯料；其中，扩孔和收口直径均按照燃烧室内壁毛坯设计直径进行；
[0017]S5、固溶热处理；
[0018]将步骤S42所得燃烧室内壁坯料加热至850
‑
900℃，升温速率为8
‑
10℃/min，保温处理15
‑
30分min；继续加热至920
‑
980℃，升温速率为5℃/min；然后将燃烧室内壁毛坯920
‑
980℃温度条件下保温处理60
‑
120min，保温结束后将燃烧室内壁毛坯出炉，并入水空冷至室温，冷却速度为3℃/s；
[0019]S6、冷锻；
[0020]将步骤S5处理后的燃烧室内壁坯料进行镦粗，镦粗高度为燃烧室内壁毛坯设计高度；然后对镦粗后的燃烧室内壁坯料进行二次扩孔处理，二次扩孔尺寸按照烧室内壁毛坯设计尺寸进行；最后对燃烧室内壁坯料进行整形处理；
[0021]S7、二次修整；
[0022]首先对步骤S6处理后的燃烧室内壁坯料进行粗车，去除大的加工余量，减小壁厚，然后对粗车后的燃烧室内壁坯料进行时效热处理，然后对时效热处理后的燃烧室内壁坯料进行性能检测，对检测合格的燃烧室内壁坯料进行精车，得到燃烧室内壁毛坯；
[0023]S8、成品检测；
[0024]对步骤S7所得燃烧室内壁毛坯进行尺寸检测和外观检测，然后通过着色渗透探伤检测燃烧室内壁成品表面质量，最后进行装箱，检查装箱信息并对包装箱进行检查。
[0025]进一步地，步骤S7中，时效热处理的具体操作为：1)先将燃烧室内壁坯料加热至350
‑
400℃，升温速率为5
‑
8℃/min，保温15
‑
30min；然后继续升温至400
‑
460℃，升温速率为
2
‑
4℃/min；2)将燃烧室内壁坯料在400
‑
460℃条件下保温3
‑
5h；3)将保温完成后的燃烧室内壁坯料出炉，在空气中冷却至室温。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航天发动机燃烧室内壁毛坯的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、配料；按照质量百分比含量计，分别称取Cr 0.5
‑
1.2％；Zr 0.03
‑
0.3％和余量的Cu；其中，所述Cu采用电解铜板方式加入，所述Cr以中间合金CuCr25的形式加入，所述Zr以中间合金CuZr50的形式加入，中间合金CuCr25和CuZr50均采用铜皮包裹；S2、熔炼；采用真空中频感应电炉熔炼，首先在真空中频感应电炉的坩埚中平铺一层步骤S1所得电解铜板，然后将步骤S1所得铜皮包裹的中间合金CuCr25和CuZr50平铺在电解铜板表面，最后将剩余电解铜板平铺在坩埚最上端，控制真空中频感应电炉的加热温度为950
‑
1250℃，真空度低于5Pa；开始熔炼，熔炼完成后，得到合金溶液；S3、浇铸；将步骤S2所得合金溶液浇铸到模具中，待合金溶液冷却至室温后，得到合金铸锭；其中，浇铸时浇铸速度先慢后快再慢，控制浇铸温度为1220
‑
1300℃；S4、锻造；S40、将步骤S3所得合金铸锭加热至900
‑
950℃，然后将锻造工装及夹具预热至250
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350℃，开始对合金铸锭进行锻造处理，控制始锻温度为850
‑
900℃，终锻温度为650
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800℃；锻造处理结束后，得到合金坯料；S41、将步骤S40所得合金坯料加热至850
‑
900℃，然后进行镦粗、拔长处理；其中，合金坯料的镦粗高度为合金坯料原始高度的45
‑
60％，拔长后高度为拔长前高度的2
‑
3倍，镦粗、拔长处理重复进行2
‑
4次；得到合金毛坯；S42、将步骤S41所得合金毛坯利用锥形冲头进行冲孔，得到圆筒毛坯；然后对所述圆筒毛坯进行一次扩孔，最后对扩孔后的圆筒毛坯一端进行收口处理，得到燃烧室内壁坯料；其中，扩孔和收口直径均按照燃烧室内壁毛坯设计直径进行；S5、固溶热处理；将步骤S42所得燃烧室内壁坯料加热至850
‑
900℃，升温速率为8
‑
10℃/min，保温处理15
‑
30分min；继续加热至920
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980℃，升温速率为5℃/min；然后将所述燃烧室内壁毛坯920
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980℃温度条件下保温处理60
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120min，保温结束后将燃烧室内壁毛坯出炉，并入水空冷至室温，冷却速度为3℃/s；S6、冷锻；将步骤S5处理后的燃烧室内壁坯料进行镦粗，镦粗高度为燃烧室内壁毛坯设计高度；然后对镦粗后的燃烧室内壁坯料进行二次扩孔处理，所述二次扩孔尺寸按照烧室内壁毛坯设计尺寸进行；最后对燃烧室内壁坯料进行整形处理；S7、二次修整；首先对步骤S6处理后的燃烧室内壁坯料进行粗车，去除大的加工余量，减小壁厚，然后对粗车后的燃烧室内壁坯料进行时效热处理，然后对时效热处理后的燃烧室内壁坯料进行性能检测，对检测合格的燃烧室内壁坯料进行精车，得到燃烧室内壁毛坯；S8、成品检测；对步骤S7所得燃烧室内壁毛坯进行尺寸检测和外观检测，然后通过着色渗透探伤检测燃烧室内壁成品表面质量，最后进行装箱，检查装箱信息并对包装箱进行检查。
2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张航，吴斌，庾高峰，马明月，张琦，王聪利，赵鸣，李涛涛，靖林，
申请(专利权)人：陕西斯瑞新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：