制造超塑成形和扩散接合的制品的方法及其制品技术

揭示一种制造超塑性地成型并扩散接合的制品的方法及用该方法制造的制品。将金属板以一定方式超塑性地成型并扩散结合，即使在金属板各外表面上形成一些枕形块，提供一种由槽互连的蜂窝结构以便控制进入小网格内的气体压力。该蜂窝结构在一个实施例中可扭曲，而这些小网格通过超塑性成型可被充气膨胀。这种扭曲的蜂窝结构尤其用作为一种翼片所需的中间硬化件。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种制造超塑性成形和扩散接合的制品的方法及由此方法制出的制品。该方法和制品尤为适用于如中空翼，翼板，导管件，箱体(例如成为发动机箱体一部分的带法兰管)和框架(即轴承支撑件的部分)等所用的硬化蜂窝状板结构。在某些实施例中，本专利技术尤适用于如压缩机或风扇转子和定子翼片的空间曲率翼片的制造。与粘性流体所表现的特性相类似，超塑性是某些金属呈现的流动特性，这些金属具有异常高的拉伸长度而无缩颈现象，即在有限温度和变形率范围内，当受拉伸时横截面积均匀地减小。这种为钛合金和某些其它金属和金属合金所特有的现象已利用于制造多种制品，尤其是那些具有小弯曲半径的错综复杂形状的制品。还了解到在这些相同的超塑性成形温度下，当在接触表面上施以压力时，相同的材料能扩散接合。扩散接合是这样一种工艺，即在相邻接触的金属件上在一规定时间长度内施加以热和压力，从而形成一冶金接合。接合被认为是由于原子穿过金属件的相邻表面的运动而产生的，它是时间、温度和压力的函数。该种工艺的独特正在于可使金属结合而不会明显改变接合处的它们的物理或冶金性能并使几何畸变最小。为了适应旨在减轻盘凸缘负载而对重量轻、高强度和坚硬翼片的要求，以及对导管、框架和类似结构，特别是飞机和宇宙飞船的要求，早在1970年就开始利用超塑性成形和扩散接合工序的不同组合制造制品。在一种较早的而为现今在使用的技术中，工件仅在选取的位置接合，而在未选择的位置涂复保护层以防接合。这是为使这些位置靠超塑性成形而不接合地成形所必需的。最早使用该保护层的情况在美国专利No.3920175中例述过。含有最常见的一氮化硼和三氧化二钇的已知的保护层会产生严重损害最终的接合处的完整性的杂质，并能导致脆化。在复杂结构，尤其是应用蜂窝状硬化芯的中空芯结构中，不可能全部除去保护层。此外，保护层通常被手刷到不要接合的区域上，很可能产生不稳定和不一致接合区。因此，使用保护层也被限于较简单的结构和宽的接合区。杂质也很可能随保护层而发生，从而阻止可靠地接合。与保护层有联系的许多问题至少早在如1976年的美国专利No.4087037(具体参阅第1纵列第20-42行和55-58行;还可参阅美国专利No.4304821中的第一纵列第45-56行)的现有技术中已认识到，该专利描述了一种用于不必使用保护层而生产超塑性成形和扩散接合制品的方法及压力机械。该专利提出不必使用保护层，而使用一种复杂的压力机，该机能连续控制工艺以使在零件可彼此接触以扩散接合之前完成超塑性成形各工序。通过使用一限制模和一配对的可动的模(flexibledie)可部分实现此目的，在达到扩散接合温度前这对于压力方式是必需的。注意该专利指出必须防止不要接合的表面意外地接触，因为这种不期望的接合将造成明显的危害(参阅第3纵列第29-34行)。虽然该专利举荐了形成带空间曲率的大范围结构的已公开的机械的性能，但申请人并不了解为那目的的这种机械的任何有效的工业用法(或任何机械或方法学的那些事情)。避用保护层的另一途径是将两或多块金属板缝焊在一起以呈一接合方式，然后由于焊合板在受热时的膨胀而超塑性形成一由互连的诸小网格组成的蜂窝状结构，有时同时接合于外板。这样的焊接工艺已揭示于如美国专利No.4351470，4304821和4217397中，其中最早的那个专利申请于1978年。但是，缝焊接合方式有某些缺点。首先，它不能在充分详细的细节上精确控制以达到均匀宽度的接合，尤其对较细致的结构形状更是这样，且还必需一较宽的接合宽度，因而在充气(膨胀)期间当在金属板中形成的相邻小网格的侧壁必须双双背对背相接以会聚于焊接线的中间时，就导致产生断裂应力。此外，缝焊会产生不可靠的接合，因为故意留在焊缝之间的间隙将在受热时进行扩散接合，由此妨碍了为达到均匀的超塑性成形所必需的流体流动。其结果，总的说来，焊接结构不能满足高度受力件，尤其是工况恶劣的零件如风扇翼片的制造的要求。上面提到的美国专利No.4351470扼要指出了“不用焊接法，可利用一些其他措施，如扩散接合，将板固定在一起。”(见第2-3纵列)。尽管如此，它并没说明如何达到这种扩散接合的方式。由于意识到必须小心防止在非接合的那些表面接触(参阅如美国专利No.4087037第3纵列第29-34行;美国专利No.4304821第一纵列第39-42行)，很可能所引用的句子中考虑到为那目的而使用防护涂层或间隔物(间隔物会提出类似于防护涂层的和其它的问题)。除了由使用保护层和焊接引起的一些问题和归因于在成形中金属局部修磨的一些问题外，还会从在现有诸工艺中诸结构组件经受的多次热循环中产生一些问题，其中热循环对最终的结构产生削弱作用。还有在某些现有技术的诸方法，尤其(但并不仅仅)应用防护涂层的那些方法中的其它许多缺点是，在它们成形后不能检查和评定接合的整体性，这是因为靠加工工艺不能反映出接合部。当蜂窝状结构用作一翼片的中空芯时，该问题是尤为严重的，其中蜂窝状结构在两层外表面层之间形成后被封起来。与硬化芯情况相反，由于精加工结构的大部分开支和翼片本身有关，故因其废品率较高而使这些工艺在经济性上不可行。尽管现有技术试图不用保护层或焊接法，以及不用苯重而贵重设备而达到超塑性成形和扩散接合制品的工业上可行的方法，但是至今申请人尚不知道任何工业上成功的结果。有关复杂的空间曲率翼片结构以及复杂的结构件如框架或这种构件的结构单元的制造方面，还没有一种成功的方法，这是值得注意的。广泛地说，为了克服上述的缺点，按照本专利技术的结构，可通过将一块或一对金属板放置在至少一块模板当中，最好是放在一副模板之间制成，模板沿着一条板表面与金属板接触，在该条板表面的间隔处，形成一系列多边形空隙，这些空隙通过条板表面上形成的各凹槽互相连通。在受热时当模板将诸金属板压在一起时，沿该条板表面接触的金属流入邻近的金属板的非接触的多边形区域，使得这些部位朝外流动，从而形成一系列枕形小网格，这些小网格通过与上述的各个凹槽相对应的成网络状的一些通道互相连接。当将两块金属板结合在一起时，诸小网格可以通过位于金属板边缘上的一排气管所施加的气压并借助网络状通道将气压送到所有的小网格，从而将各小网格吹胀。本专利技术部分地基于这样一种发现，即沿着那些条板表面对金属板进行加压，可以使金属板上的金属流入条板表面间隔的多边形区域，使这些区域鼓起或(当两块金属板同时成形时)通过足以构成可加压的互相连接的枕形小网格的数量而分隔开;这样，即使没有保护层，金属板的枕形区域也不会在扩散接合温度下接合在一起;而且这还提供了一种制造硬化的增强金属结构的新的有用的途径。还发现以这种方式制造的预制件可进一步加工生产出整体复合弯曲增强的结构，这种结构可用于压缩机和风扇转子或定子叶片及类似的翼片结构。可以相信，每一块金属板在成形工艺中，可以借助在金属板和相邻的模板之间某些类似于表面张力作用的亲合力形成一些向该相邻模板延伸的枕形柱。这里所说的术语“枕形柱”意味着当用模板沿条板表面对金属板加压时在金属板的表面上形成一枕形位移或隆起。每个枕形柱与相应的压板上的一个多边形空隙相对应。因此，当两个枕形柱在两块金属板上同时成形或是采用别的方法同时制成时，一个“小网格”则由两个背对背紧靠的枕形柱组成，这样它们就可以形成一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作蜂窝状结构的方法，包括（ａ）提供至少一能够进行超塑成型的金属板；（ｂ）施加压力使对所述的板沿着条板表面加压，在其间隔中形成一系列彼此由条板表面内的间隙互连的多边形空腔，所述的压力足以使板的厚度沿条板表面减小百分之几到百分之十 左右，在足够温度下施加所述的压力并保持足够的时间，以使金属流入多边形空腔区和在空腔区内形成由与所述的间隙相对应的通道互连的枕形柱，而所述枕形柱和通道相对于条板表面呈隆起。　。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马文M萨顿，
申请(专利权)人：巴恩斯集团公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]