CN113020423B - 一种异种金属叠层薄壁筒形件成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种异种金属叠层薄壁筒形件成形方法，涉及异种金属叠层薄壁筒形件成形技术领域；主要包含以下步骤：步骤(1)多种金属箔材铺放成双层/多层坯料；步骤(2)将多层坯料缠绕在芯模上获得筒形件毛坯；步骤(3)将筒形件毛坯进行真空加热压制获得异种金属叠层薄壁筒形件。本发明提出的异种金属叠层薄壁筒形件整体成形方法，步骤简单、易操作、无焊缝，所制备的筒形件可靠性高、成分和壁厚分布均匀，可用于制备NiAl合金、TiAl合金等难变形材料薄壁构件反应制备成形所需叠层筒坯，也可用于制备其他异种金属叠层薄壁筒形件。

Description

一种异种金属叠层薄壁筒形件成形方法

技术领域

本发明涉及异种金属叠层薄壁筒形件成形技术领域，特别是涉及一种异种金属叠层薄壁筒形件成形方法。

背景技术

随着航空航天工业的迅速发展，复杂形状整体薄壁构件的应用十分广泛。此类薄壁构件使用条件较为苛刻，通常工作环境为高温、高压、腐蚀/氧化等环境。目前，此类构件往往采用Ni基高温合金制造。然而，新一代飞行器关键构件使用温度已达高温合金使用温度的极限。另外，高温合金密度大，严重制约了新一代飞行器轻量化减重的迫切需求。NiAl合金密度是Ni基高温合金的2/3，热导率是Ni基高温合金的4-8倍，使用温度可比Ni基高温合金提高100-200℃。NiAl合金应用于新一代航空航天飞行器，除可以减重、提高使用温度外，还可增强主动冷却效果。但是，NiAl合金难变形、难加工，薄壁复杂截面构件成形难度极大。

近年来，NiAl合金的制备及成形技术成为各国研究的热点。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。公开号CN110142332A的发明专利，提供了一种NiAl合金薄壁管件成形与控性一体化方法，但该方法采用焊接方法处理Ni/Al叠层箔管对接缝，存在焊缝、降低使用安全可靠性。此外，可能使焊缝局部区域合金成分偏离NiAl单相区成分要求、造成焊缝附近区域材料性能差异，加大焊缝处失稳可能性。申请号202010655352.6的发明专利，提出了一种NiAl合金复杂薄壁中空构件的成形方法，但该方法针对薄壁筒形件成形，错层区中金属箔材无缝对接难度较大、操作复杂。因此，针对NiAl合金薄壁筒形件的成形难题并没有完全解决。

综上所述，本发明提出了一种异种金属叠层薄壁筒形件整体成形新技术，不仅适用于NiAl合金薄壁筒形件的成形，还适用于其他难变形合金体系(如Ti-Al、Fe-Al、Nb-Al等)薄壁筒形件的成形。

发明内容

本发明的目的是提供一种异种金属叠层薄壁筒形件成形方法，以解决上述现有技术存在的问题，步骤简单、易操作、无焊缝、适于制备高性能、高安全可靠性的叠层金属薄壁中空构件。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种异种金属叠层薄壁筒形件成形方法，包括以下步骤：

步骤(1)，(以两种金属为例)：由于工业生产的金属箔材原料的长度可达几米至几十米，而宽度和厚度可以根据要求定制，因此：

在金属箔材原料的面积满足最终构件连续缠绕总面积要求的情况下，如圆柱形薄壁筒构件等一类等截面构件，采用双层异种金属箔材连续缠绕成形方法。以圆柱形薄壁筒构件为例，购买工业批量生产的矩形异种金属箔，厚度分别为d1和d2，两种矩形箔材的宽度设计为w＝h+2×l，式中h为最终异种金属叠层构件的高度，l为工艺段长度，一般为5-30mm；两种箔材的长度设计为L＝[D/(d1+d2)]×π×(R+r)，式中D为最终异种金属叠层构件的壁厚，R，r分别为最终异种金属叠层构件的外径和内径。

在金属箔材原料的面积不满足最终构件连续缠绕总面积要求的情况下，如圆锥形薄壁筒构件、非回转薄壁筒构件等，采用双层异种金属箔材分步缠绕成形方法。根据原料箔材及最终异种金属叠层构件的形状与尺寸，设计单次可缠绕的原料箔材最大面积及合适厚度，通过多次缠绕成形，满足最终异种金属叠层构件的壁厚要求。以圆锥形薄壁筒构件，其两端圆截面直径分别为D和d、斜边长度为h为例，购买工业批量生产的矩形异种金属箔，厚度分别为d1和d2，两种矩形箔材的宽度与长度应满足可以切割出合适的扇环形，其中扇环角度θ＝[(D-d)/2h]×360°。将设计、切割好的双层异种金属箔材清洗干净、烘干备用；

步骤(2)，异种金属箔材缠绕成形：对于异种金属箔材连续缠绕成形：根据最终异种金属叠层构件的形状与尺寸，设计成形模具，将准备好的异种金属箔材连续缠绕固定于分瓣芯轴上，然后将缠绕着多层异种金属箔材的芯轴置于外层套筒中，使用上下锥形压头固定多层异种金属箔；对于圆柱形薄壁筒构件等一类等截面构件，缠绕到芯模上的叠层筒坯在成形后往往不易取下，后续在真空压制过程中，叠层筒坯由于分瓣芯轴的膨胀挤压作用实现贴合、排除层间气体，获得界面结合良好的封闭截面筒坯。同时，在分瓣芯轴的膨胀力作用下，叠层筒坯在成形过程中内径扩大，方便成形后抽出分瓣芯轴、取件；

对于异种金属箔材分步缠绕成形：根据最终异种金属叠层构件的形状与尺寸，设计成形模具，当采用回转体薄壁筒构件成形模具时，首先向锥形压头上进行第1次异种金属箔材缠绕成形，叠层筒坯在两端分别预留长度为δ的工艺段，在第1次缠绕成形后的叠层筒坯两端的工艺段内，采用熔化焊锡方法将叠层筒坯固定在锥形压头上，随后进行第2次异种金属箔材缠绕成形，在第2次缠绕成形后的叠层筒坯两端的工艺段内，采用熔化焊锡方法将叠层筒坯固定在锥形压头上，重复上述分步缠绕成形步骤，直至多层异种金属箔材经后续真空热压后厚度满足最终异种金属叠层薄壁筒形件的壁厚要求，根据原料箔材及最终异种金属叠层构件的形状与尺寸，设计单次可缠绕的原料箔材最大面积及合适厚度，采用最少次数完成分步缠绕成形。将分步缠绕成形的异种金属叠层薄壁筒置于外层套筒中进行固定；当采用非回转体薄壁筒构件成形模具时，首先向分瓣芯轴上进行第1次双层异种金属箔材缠绕成形，缠绕成形方法与采用回转体薄壁筒构件成形模具时的缠箔方式相同，直至多层异种金属箔材厚度经后续真空热压后满足最终异种金属叠层构件的壁厚要求；将分步缠绕成形的异种金属叠层薄壁筒置于外层套筒中进行固定；根据原料箔材及最终异种金属叠层构件的形状与尺寸，设计单次可缠绕的原料箔材最大面积及合适厚度，采用最少次数完成分步缠绕成形。将分步缠绕成形的异种金属叠层薄壁筒置于外层套筒中进行固定。为了便于取放成形后的叠层薄壁筒坯以及防止非回转体叠层薄壁筒坯沿轴线方向窜动而在后续真空压制过程中产生干涉，芯轴设计为四分瓣形式、外层套筒设计为两分瓣形式。在后续在真空压制过程中，叠层筒坯由于分瓣芯轴的膨胀挤压作用实现贴合、排除层间气体，获得界面结合良好的封闭截面筒坯。

步骤(3)，薄壁筒形件真空加热压制：将采用双层异种金属箔材连续缠绕成形或双层异种金属箔材分步缠绕成形的模具置于真空加热装置中，并对锥形压头或垫片施加一定的压力。多层异种金属箔材在温度和压力的作用下，形成最终薄壁筒形件。真空加热压制结束后，取出锥形压头、垫片、分瓣芯轴等，切除工艺段即得到异种金属叠层薄壁筒形件；叠层金属薄壁筒形件可直接使用或用于后续热流体压力成形及扩散反应制备合金构件。

可选的，单层金属箔材的厚度为0.02mm-0.2mm；异种金属叠层薄壁筒形件的壁厚为0.5mm-3mm、截面宽度为20mm-2000mm，长度为40mm-2000mm。

可选的，薄壁筒形件真空加热压制过程中，真空度为10^-1Pa～10^-3Pa。

可选的，异种金属箔材包括Ni-Al、Ti-Al、Fe-Al、Nb-Al、Ti-Al-Nb等合金。

可选的，成形模具材料为高强石墨、不锈钢或高温合金。

可选的，异种金属箔材连续缠绕成形采用的成形模具包括锥形压头、分瓣芯轴以及外层套筒；所述外层套筒为内部中空且两端开口的圆筒状结构，所述外层套筒内放置有分瓣芯轴，所述分瓣芯轴两端对称开设有锥形腔，两个所述锥形腔之间通过分瓣芯轴内部的筒状通道连通，所述锥形压头一端卡接于所述锥形腔内，所述分瓣芯轴外壁用于缠绕多层异种金属箔，所述锥形压头用于固定多层异种金属箔。

可选的，异种金属箔材分步缠绕成形采用的回转体薄壁筒构件成形模具包括垫片、锥形压头以及外层套筒，垫片的作用是便于在分步缠绕成形的异种金属叠层构件一端预留工艺段长度为δ，以及在后续真空压制过程中对锥形压头施加压力；所述外层套筒内开设有锥形压头腔，所述锥形压头设置于所述锥形压头腔内，所述垫片固定设置于所述锥形压头直径较大的一端。

可选的，异种金属箔材分步缠绕成形采用的非回转体薄壁筒构件成形模具包括锥形压头、分瓣芯轴以及外层套筒；所述外层套筒内开设有与所述分瓣芯轴匹配的芯轴腔，所述分瓣芯轴为四分瓣结构，所述外层套筒为两分瓣结构。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明不仅适用于NiAl合金薄壁筒形件的成形，还适用于其他难变形合金体系(如Ti-Al、Fe-Al、Nb-Al等)薄壁筒形件的成形。方法步骤简单、易操作、无焊缝、适于制备高性能、高安全可靠性的叠层金属薄壁中空构件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1(a)为圆柱形薄壁筒构件示意图，

图1(b)为圆锥形薄壁筒构件示意图，

图1(c)为示例性非回转薄壁筒构件示意图，

图2(a)为双层异种金属箔材分步缠绕成形方法制造示例性圆锥形薄壁筒构件示意图，

图2(b)为成形图2(a)中示例性圆锥形薄壁筒构件所需扇环形箔材原料尺寸示意图，

图3(a)为连续缠绕成形圆柱形薄壁筒模具锥形压头示意图，

图3(b)为连续缠绕成形圆柱形薄壁筒模具分瓣芯轴示意图，

图3(c)为连续缠绕成形圆柱形薄壁筒模具外层套筒示意图，

图3(d)为连续缠绕成形圆柱形薄壁筒模具组装图，

图4(a)为将双层异种金属箔材连续缠绕在分瓣芯轴上的状态示意图，

图4(b)为缠绕好的多层异种金属箔横截面示意图，

图4(c)为包括已经连续缠绕好的异种金属叠层圆柱形薄壁筒的模具组装示意图，

图5为锥形压头、垫片及工艺段示意图，

图6为向锥形压头上进行第1次双层异种金属箔材缠绕成形后状态示意图，

图7为向锥形压头上进行第1次双层异种金属箔材缠绕成形后焊锡固定位置示意图，

图8为向锥形压头上进行第2次双层异种金属箔材缠绕成形后状态及焊锡固定位置示意图，

图9为包括已经分步缠绕好的异种金属叠层圆锥形薄壁筒的模具组装示意图，

图10(a)为示例性非回转体薄壁筒双层异种金属箔材分步缠绕成形模具的锥形压头示意图，

图10(b)为示例性非回转体薄壁筒双层异种金属箔材分步缠绕成形模具的分瓣芯轴示意图，

图10(c)为示例性非回转体薄壁筒双层异种金属箔材分步缠绕成形模具的外层套筒示意图，

图10(d)为示例性非回转体薄壁筒双层异种金属箔材分步缠绕成形模具的模具组装图，

图11(a)为向分瓣芯轴上进行第1次双层异种金属箔材缠绕成形后状态及焊锡固定位置示意图，

图11(b)为包括已经分步缠绕好的异种金属叠层示例性非回转体薄壁筒的模具组装示意图。

其中，1为分瓣芯轴、2为外层套筒、3为锥形压头、4为垫片、5为双层异种金属箔材。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种异种金属叠层薄壁筒形件成形方法，以解决上述现有技术存在的问题，步骤简单、易操作、无焊缝、适于制备高性能、高安全可靠性的叠层金属薄壁中空构件。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的目的是提供一种异种金属叠层薄壁筒形件成形方法，包括如下步骤：

步骤(1)异种金属箔材准备(以两种金属为例)：由于工业生产的金属箔材原料的长度可达几米至几十米，而宽度和厚度可以根据要求定制，因此：

在金属箔材原料的面积满足最终构件连续缠绕总面积要求的情况下，如圆柱形薄壁筒构件，图1(a)等一类等截面构件，采用双层异种金属箔材5连续缠绕成形方法。以圆柱形薄壁筒构件为例，购买工业批量生产的矩形异种金属箔，厚度分别为d1和d2，两种矩形箔材的宽度设计为w＝h+2×l，式中h为最终异种金属叠层构件的高度，l为工艺段长度，一般为5-30mm；两种箔材的长度设计为L＝[D/(d1+d2)]×π×(R+r)，式中D为最终异种金属叠层构件的壁厚，R，r分别为最终异种金属叠层构件的外径和内径。

在金属箔材原料的面积不满足最终构件连续缠绕总面积要求的情况下，如圆锥形薄壁筒构件，如图1(b)、非回转薄壁筒构件，示例性非回转薄壁筒构件示意图如图1(c)所示，其上端截面为椭圆形，下端截面为圆形等，采用双层异种金属箔材分步缠绕成形方法。根据原料箔材及最终异种金属叠层构件的形状与尺寸，设计单次可缠绕的原料箔材最大面积及合适厚度，通过多次缠绕成形，满足最终异种金属叠层构件的壁厚要求。以圆锥形薄壁筒构件如图2(a)，其两端圆截面直径分别为D和d、斜边长度为h为例，购买工业批量生产的矩形异种金属箔，厚度分别为d1和d2，两种矩形箔材的宽度与长度应满足可以切割出合适的扇环形，如图2(b)所示，其中扇环角度θ＝[(D-d)/2h]×360°。将设计、切割好的双层异种金属箔材清洗干净、烘干备用。

步骤(2)异种金属箔材缠绕成形(以两种金属为例)：

对于双层异种金属箔材5连续缠绕成形，以图1(a)中圆柱形薄壁筒构件为例：根据最终异种金属叠层构件的形状与尺寸，设计成形模具。模具主要由三部分组成：如图3(a)所示的锥形压头3，如图3(b)所示的分瓣芯轴1，以及如图3(c)所示的外层套筒2，模具组装图如图3(d)所示。将准备好的双层异种金属箔材5连续缠绕固定于分瓣芯轴1上，如图4(a)，缠绕好的多层异种金属箔横截面示意图如图4(b)所示，然后将缠绕着多层异种金属箔材的芯轴置于外层套筒2中，使用上、下两个锥形压头3固定多层异种金属箔，如图4(c)。对于圆柱形薄壁筒构件等一类等截面构件，缠绕到芯模上的叠层筒坯在成形后往往不易取下，后续在真空压制过程中，叠层筒坯由于分瓣芯轴的膨胀挤压作用实现贴合、排除层间气体，获得界面结合良好的封闭截面筒坯。同时，在分瓣芯轴的膨胀力作用下，叠层筒坯在成形过程中内径扩大，方便成形后抽出分瓣芯轴、取件。

对于双层异种金属箔材5分步缠绕成形：

以图1(b)中圆锥形薄壁筒构件(回转体薄壁筒构件)为例，根据最终异种金属叠层构件的形状与尺寸，设计成形模具。模具主要由三部分组成：垫片4、锥形压头3以及外层套筒2。垫片4的作用是便于在分步缠绕成形的异种金属叠层构件一端预留工艺段，长度为δ，如图5所示，以及在后续真空压制过程中对锥形压头施加压力。首先向锥形压头3上进行第1次双层异种金属箔材5缠绕成形，如图6所示，叠层筒坯在两端分别预留长度为δ的工艺段。由于此时最终异种金属叠层构件的壁厚未满足要求，因此需要进行第2次双层异种金属箔材5缠绕成形。在第1次缠绕成形后的叠层筒坯两端的工艺段内，采用工业上成熟的熔化焊锡方法将叠层筒坯固定在锥形压头3上，如图7所示A、B两点为熔化焊锡的固定位置，图7中虚线为第1次缠绕成形后叠层筒坯的末端位置。工业焊锡丝的熔点根据成分不同可在180℃-280℃范围内选择，但焊锡丝的熔点温度均低于其它常见金属箔材(如Al、Ni、Ti、Fe、Nb等)的熔点，因此不会对金属箔材造成影响。随后进行第2次双层异种金属箔材缠绕成形，如图8所示，在第2次缠绕成形后的叠层筒坯两端的工艺段内，采用工业上成熟的熔化焊锡方法将叠层筒坯固定在锥形压头上，如图8所示A、B两点为第1次熔化焊锡的固定位置、C、D两点为第2次熔化焊锡的固定位置；图8中虚线分别为第1次、第2次缠绕成形后叠层筒坯的末端位置。重复上述分步缠绕成形步骤、直至多层异种金属箔材厚度经后续真空热压后满足最终异种金属叠层构件的壁厚要求。根据原料箔材及最终异种金属叠层构件的形状与尺寸，设计单次可缠绕的原料箔材最大面积及合适厚度，采用最少次数完成分步缠绕成形。将分步缠绕成形的异种金属叠层薄壁筒置于外层套筒2中进行固定，如图9所示。

以图1(c)中上端截面为椭圆形、下端截面为圆形的薄壁筒构件(非回转体薄壁筒构件)为例，根据最终异种金属叠层构件的形状与尺寸，设计成形模具。模具主要由三部分组成：如图10(a)所示的锥形压头3，如图10(b)所示的分瓣芯轴1，以及如图10(c)所示的外层套筒2，模具组合图如图10(d)所示。首先向分瓣芯轴1上进行第1次双层异种金属箔材5缠绕成形，缠绕成形方法与上述圆锥形薄壁筒构件(回转体薄壁筒构件)的缠箔方式相同，如图11(a)所示，直至多层异种金属箔材厚度经后续真空热压后满足最终异种金属叠层构件的壁厚要求。根据原料箔材及最终异种金属叠层构件的形状与尺寸，设计单次可缠绕的原料箔材最大面积及合适厚度，采用最少次数完成分步缠绕成形。将分步缠绕成形的异种金属叠层薄壁筒置于外层套筒2中进行固定，如图11(b)所示。为了便于取放成形后的叠层薄壁筒坯以及防止非回转体叠层薄壁筒坯沿轴线方向窜动而在后续真空压制过程中产生干涉，分瓣芯轴1设计为四分瓣形式、外层套筒2设计为两分瓣形式。在后续在真空压制过程中，叠层筒坯由于分瓣芯轴1的膨胀挤压作用实现贴合、排除层间气体，获得界面结合良好的封闭截面筒坯。

步骤(3)，薄壁筒形件真空加热压制：将采用双层异种金属箔材5连续缠绕成形或双层异种金属箔材5分步缠绕成形的模具置于真空加热装置中，并对图4(c)中锥形压头或图9中垫片施加一定的压力。多层异种金属箔材在温度和压力的作用下，形成最终薄壁筒形件。真空加热压制结束后，取出锥形压头3、垫片4、分瓣芯轴1等，切除工艺段即得到异种金属叠层薄壁筒形件；叠层金属薄壁筒形件可直接使用或用于后续热流体压力成形及扩散反应制备合金构件。

实施例1：

步骤(1)双层异种金属箔材准备：本实施例以Ni/Al叠层金属圆柱形薄壁筒构件为例，圆柱外径40mm，壁厚2.3mm，长度110mm(包含工艺段)。购买工业批量生产的矩形Ni箔、Al箔，Ni箔0.06mm厚、Al箔0.1mm厚，箔材宽110mm，矩形Ni箔、矩形Al箔的长度为[(125.6+111.2)/2]×15＝1776mm。将切割好的Ni/Al双层金属箔材使用酒精清洗干净、烘干备用。

步骤(2)双层异种金属箔材成形：根据Ni/Al叠层金属圆柱形薄壁筒构件的形状与尺寸，设计成形模具。模具主要由三部分组成：锥形压头(锥形部分小端截面直径10mm，大端截面直径38mm)、分瓣芯轴(长度120mm，组合后的分瓣芯轴外径35mm)以及外层套筒(内径400+0.1mm，壁厚15mm，长度150mm)。锥形压头表面、分瓣芯轴外壁与外层套筒内壁均匀涂覆一层氮化硼润滑剂。将准备好的Ni/Al双层金属箔材连续缠绕固定于组合好的分瓣芯轴上，然后将缠绕着多层Ni/Al金属箔材的芯轴置于外层套筒中，使用上下锥形压头固定多层Ni/Al金属箔。

步骤(3)薄壁筒形件真空加热压制：将上述步骤(2)中组装好的成形模具置于真空加热装置中，抽真空至0.01Pa，以10℃/min的加热速率升温至600℃；在锥形压头上施加5MPa的压力，保温保压2小时。Ni/Al叠层金属箔材在温度和压力的作用下，形成最终圆柱形薄壁筒构件。保温保压结束后，待炉温降至室温后取出锥形压头、分瓣芯轴等，即得到Ni/Al叠层金属圆柱形薄壁筒构件。Ni/Al叠层金属圆柱形薄壁筒构件形状规则、Ni/Al叠层金属箔之间结合良好，满足要求。

实施例2：

步骤(1)双层异种金属箔材准备：本实施例以Ni/Al叠层金属圆锥形薄壁筒构件为例，构件小端圆截面直径40mm、大端圆截面直径60mm、斜边长度90mm，壁厚2.3mm。购买工业批量生产的矩形Ni箔、Al箔，Ni箔0.06mm厚、Al箔0.1mm厚，箔材宽200mm，矩形Ni箔、矩形Al箔的长度为200mm。采用电火花切割方法将矩形Ni箔、Al箔切割为扇环形，扇环角度40°、弧长分别为125.6mm和188.4mm、斜边长90mm。将切割好的Ni/Al双层金属箔材使用酒精清洗干净、烘干备用。

步骤(2)双层异种金属箔材成形：根据Ni/Al叠层金属圆锥形薄壁筒构件的形状与尺寸，设计成形模具。模具主要由三部分组成：锥形压头(小端圆截面直径35.4mm，大圆端截面直径55.4mm，斜边长度90mm)、垫片(直径52mm，高度10mm)、外层套筒(上端外径130mm，内径61mm；下端外径130mm，内径39mm；高度100mm)。锥形压头表面与外层套筒内壁均匀涂覆一层氮化硼润滑剂。首先向锥形压头上进行第1次双层异种金属箔材缠绕成形；在第1次缠绕成形后的叠层筒坯两端的工艺段内，采用熔化焊锡(焊丝成分Sn63Pb37，原子百分比；熔点183℃)的方法将第1次缠绕成形后的叠层筒坯固定在锥形压头上。随后进行第2次双层异种金属箔材缠绕成形，在第2次缠绕成形后的叠层筒坯两端的工艺段内，采用熔化焊锡(焊丝成分Sn63Pb37，原子百分比；熔点183℃)的方法将第2次缠绕成形后的叠层筒坯固定在锥形压头上。重复上述步骤、直至多层Ni/Al叠层金属箔材厚度经后续真空热压后满足叠层金属圆锥形薄壁筒构件的壁厚要求。

步骤(3)薄壁筒形件真空加热压制：将上述步骤(2)中组装好的成形模具置于真空加热装置中，抽真空至0.01Pa，以5℃/min的加热速率升温至600℃；在垫片上施加2MPa的压力，保温保压2小时。Ni/Al叠层金属箔材在温度和压力的作用下，形成最终Ni/Al叠层金属圆锥形薄壁筒构件。保温保压结束后，待炉温降至室温后取出垫片及锥形压头，即得到Ni/Al叠层金属圆锥形薄壁筒构件。Ni/Al叠层金属圆锥形薄壁筒构件形状规则、表面光滑，Ni/Al叠层金属箔之间结合良好，满足要求。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种异种金属叠层薄壁筒形件成形方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤(1)，异种金属箔材准备：将设计、切割好的异种金属箔材清洗干净、烘干备用，在金属箔材原料的面积满足最终构件连续缠绕总面积要求的情况下，采用异种金属箔材连续缠绕成形方法；在金属箔材原料的面积不满足最终构件连续缠绕总面积要求的情况下，采用异种金属箔材分步缠绕成形方法；

步骤(2)，异种金属箔材缠绕成形：对于异种金属箔材连续缠绕成形：根据最终异种金属叠层构件的形状与尺寸，设计成形模具，将准备好的异种金属箔材连续缠绕固定于分瓣芯轴上，然后将缠绕着多层异种金属箔材的芯轴置于外层套筒中，使用上下锥形压头固定多层异种金属箔；

对于异种金属箔材分步缠绕成形：根据最终异种金属叠层构件的形状与尺寸，设计成形模具，当采用回转体薄壁筒构件成形模具时，首先向锥形压头上进行第1次异种金属箔材缠绕成形，叠层筒坯在两端分别预留长度为δ的工艺段，在第1次缠绕成形后的叠层筒坯两端的工艺段内，采用熔化焊锡方法将叠层筒坯固定在锥形压头上，随后进行第2次异种金属箔材缠绕成形，在第2次缠绕成形后的叠层筒坯两端的工艺段内，采用熔化焊锡方法将叠层筒坯固定在锥形压头上，重复上述分步缠绕成形步骤，直至多层异种金属箔材经后续真空热压后厚度满足最终异种金属叠层薄壁筒形件的壁厚要求；当采用非回转体薄壁筒构件成形模具时，首先向分瓣芯轴上进行第1次双层异种金属箔材缠绕成形，缠绕成形方法与采用回转体薄壁筒构件成形模具时的缠箔方式相同，直至多层异种金属箔材厚度经后续真空热压后满足最终异种金属叠层构件的壁厚要求；将分步缠绕成形的异种金属叠层薄壁筒置于外层套筒中进行固定；

步骤(3)，薄壁筒形件真空加热压制：将采用异种金属箔材连续缠绕成形或异种金属箔材分步缠绕成形的模具置于真空加热装置中，多层异种金属箔材在温度和压力的作用下，形成最终薄壁筒形件；真空加热压制结束后，取出锥形压头、垫片、分瓣芯轴，切除工艺段即得到异种金属叠层薄壁筒形件；

异种金属箔材连续缠绕成形采用的成形模具包括锥形压头、分瓣芯轴以及外层套筒；所述外层套筒为内部中空且两端开口的圆筒状结构，所述外层套筒内放置有分瓣芯轴，所述分瓣芯轴两端对称开设有锥形腔，两个所述锥形腔之间通过分瓣芯轴内部的筒状通道连通，所述锥形压头一端卡接于所述锥形腔内，所述分瓣芯轴外壁用于缠绕多层异种金属箔，所述锥形压头用于固定多层异种金属箔；异种金属箔材分步缠绕成形采用的回转体薄壁筒构件成形模具包括垫片、锥形压头以及外层套筒；所述外层套筒内开设有锥形压头腔，所述锥形压头设置于所述锥形压头腔内，所述垫片固定设置于所述锥形压头直径较大的一端；异种金属箔材分步缠绕成形采用的非回转体薄壁筒构件成形模具包括锥形压头、分瓣芯轴以及外层套筒；所述外层套筒内开设有与所述分瓣芯轴匹配的芯轴腔，所述分瓣芯轴为四分瓣结构，所述外层套筒为两分瓣结构。

2.根据权利要求1所述的异种金属叠层薄壁筒形件成形方法，其特征在于：单层金属箔材的厚度为0.02mm-0.2mm；异种金属叠层薄壁筒形件的壁厚为0.5mm-3mm、截面宽度为20mm-2000mm，长度为40mm-2000mm。

3.根据权利要求1所述的异种金属叠层薄壁筒形件成形方法，其特征在于：薄壁筒形件真空加热压制过程中，真空度为10-1Pa-10-3Pa。

4.根据权利要求1所述的异种金属叠层薄壁筒形件成形方法，其特征在于：异种金属箔材包括Ni-Al、Ti-Al、Fe-Al、Nb-Al、Ti-Al-Nb合金。

5.根据权利要求1所述的异种金属叠层薄壁筒形件成形方法，其特征在于：成形模具材料为高强石墨、不锈钢或高温合金。

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