本發(fā)明屬于合金領(lǐng)域，具體涉及一種用于航空器殼體的合金制造方法。

背景技術(shù)：

隨著人類對(duì)太空領(lǐng)域的不斷探索，航空器發(fā)射數(shù)量以及頻率也隨之不斷提升，對(duì)航空器的安全性以及穩(wěn)定性的追求也在不斷提升。目前用于航空器外殼制造的合金一般為鋁合金或者鈦合金，但是由于鈦合金得制造以及使用成本都較為昂貴，因此還并不能廣泛推廣；而鋁合金雖然其制造以及使用成本都適中，但是其性能還不能達(dá)到與鈦合金相同或者近似的水準(zhǔn)。

因此，為了解決以上問題研制出一種用于航空其殼體制造的合金是本領(lǐng)域技術(shù)人員所急需解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種用于航空器殼體的合金制造方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種用于航空器殼體的合金制造方法，具體制造方法包括以下步驟：

(1)預(yù)處理：除去熔化工具表面殘留的涂料以及氧化層，預(yù)熱至300～380℃后在表面均勻噴涂一層保護(hù)涂料，并升溫至400～500℃，保溫0.5～1h，烘干發(fā)黃備用；同時(shí)對(duì)合金原材料與填料進(jìn)行充分脫水、烘干；

(2)合金液熔煉：將合金原材料加入感應(yīng)爐中，升溫至1500～1600℃，待其完全熔化后保溫0.5～1h；加入經(jīng)過干餾的木炭，木炭的加入量以充分覆蓋住合金液面為原則，升溫至1650～1720℃，攪拌均勻，保溫2～3h；

(3)合金錠鑄造：將步驟(2)獲得的合金液注入鑄造保溫坩堝，將升液管預(yù)熱至200～250℃，同時(shí)對(duì)合金錠模具預(yù)熱至300～400℃后噴刷涂料進(jìn)行合模；設(shè)定鑄造參數(shù)，具體為，氣源壓力：0.7～0.95Mpa，同步壓力：0.5～0.68Mpa，升液速度：58～65mm/s，結(jié)晶增壓壓力：0.01～0.015Mpa；向合金錠模具型腔和鑄造保溫坩堝同時(shí)通入壓縮空氣，調(diào)節(jié)升液壓力為0.1～0.15Mpa，充型壓力為0.1～0.15Mpa，使鑄造保溫坩堝中下工作罐坩堝內(nèi)的合金液沿著升液管由下至上進(jìn)行升液充型；充型完成后繼續(xù)增壓，當(dāng)鑄造保溫坩堝的上工作罐坩堝和下工作罐坩堝的壓力差達(dá)到0.06～0.08Mpa時(shí)，保壓5～8min；再將合金液平穩(wěn)注入合金錠模具中，在壓力不等的作用下凝固結(jié)晶為合金錠，并取出；

(4)合金錠重熔：待步驟(3)中合金錠的表面溫度下降至400～450℃時(shí)，放入真空自耗重熔爐進(jìn)行重熔，待合金錠完全熔化后加入填料，持續(xù)攪拌，攪拌時(shí)長為10～20min；

(5)提升純凈度：將步驟(4)添加有填料的合金液轉(zhuǎn)移至電子束熔爐中，以1～2mA/s的速度將電子槍束流增加至180～235mA，待填料完全溶于合金液中時(shí)，繼續(xù)以3～4mA/s的速度將電子槍束流增加至400～420mA，并將電子束束斑半徑調(diào)整為15nm，時(shí)長為10～15min，獲得復(fù)合合金液；

(6)鑄件成型：按照步驟(3)的方法再次澆鑄成型。

進(jìn)一步地，步驟(2)中合金原材料的組成成分以及各成分百分比分別為：Li：1.2～5％、Ni：0.9～1.2％、Si：0.3～0.5％、Zr：0.3～0.6％、Hf：0.2～0.5％、B：0.1～0.2％、Sb：0.5～1.2％、Sn：0.5～1.5％、V：0.1～0.3％、Ti：3～5.2％，其余為Al。

進(jìn)一步地，步驟(4)中的填料為T4鈦合金粉、氮化硼、納米二氧化硅以及納米二氧化鈦中的任意一種或者任意幾種的組合。

作為優(yōu)選，步驟(4)中的填料需進(jìn)行碾磨，且目數(shù)不高于80目。

作為優(yōu)選，步驟(2)中合金原材料的組成成分以及各成分百分比分別為：Li：2.3～4.5％、Ni：0.9～1.1％、Si：0.35～0.45％、Zr：0.4～0.5％、Hf：0.3～0.4％、B：0.15～0.2％、Sb：0.7～1％、Sn：0.6～1％、V：0.2～0.3％、Ti：3.5～4％，其余為Al。

作為優(yōu)選，步驟(2)中合金原材料的組成成分以及各成分百分比分別為：Li：3％、Ni：1％、Si：0.4％、Zr：0.44％、Hf：0.4％、B：0.16％、Sb：0.8％、Sn：1.1％、V：0.15％、Ti：4.2％，其余為Al。

本發(fā)明提供了一種用于航空器殼體的合金制造方法，包括預(yù)處理、合金液熔煉、合金錠鑄造、合金錠重熔、提升純凈度以及鑄件成型；首先對(duì)熔煉工具預(yù)處理，去除表面殘留物，防止給合金液帶來雜質(zhì)，隨后進(jìn)行合金液熔煉，在熔煉時(shí)添加經(jīng)過干餾的木炭進(jìn)行除氣，除氣完成進(jìn)行合金錠的不等壓鑄造，消除一部分可能出現(xiàn)的氣孔、縮孔等缺陷，提升熱補(bǔ)縮能力，降低合金錠的微觀組織疏松度，使組織更為致密，同時(shí)提升后續(xù)力學(xué)性能；再將合金錠重熔，添加填料，轉(zhuǎn)移至電子束熔爐，在增強(qiáng)整體強(qiáng)度的同時(shí)，降低內(nèi)部應(yīng)力，防止斷裂以及裂紋的產(chǎn)生，最后再根據(jù)需要進(jìn)行澆鑄成型。

同時(shí)本發(fā)明還提供了由Li、Ni、Si、Zr、Hf、B、Sb、Sn、V、Ti、Al組成的合金原材料。其中Al作為合金的主體元素；Li和Zr有強(qiáng)烈的細(xì)化晶粒和凈化合金液作用，并且Li還能夠使合金凝固時(shí)結(jié)晶潛熱發(fā)生改變；Ti具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，同時(shí)具有良好的耐高溫性；Hf可防止斷面裂紋的產(chǎn)生；并且微量的V能夠賦予本合金一些特殊機(jī)能，如提高抗張強(qiáng)度和屈服點(diǎn)；Sb以及Sn的結(jié)合則能夠整體性能；B的添加則能夠提升整體硬度。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用獨(dú)創(chuàng)的制造方法以及成分配比，保證在使用通過本方法獲得的合金制造的航空器殼體具有優(yōu)異的致密性、極強(qiáng)的力學(xué)性能，同時(shí)質(zhì)量輕，能夠適應(yīng)高低溫的冷熱交替，適應(yīng)性極強(qiáng)。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)理解下述具體實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1：

一種用于航空器殼體的合金制造方法，具體制造方法包括以下步驟：

(1)預(yù)處理：除去熔化工具表面殘留的涂料以及氧化層，預(yù)熱至300℃后在表面均勻噴涂一層保護(hù)涂料，并升溫至400℃，保溫0.5h，烘干發(fā)黃備用；同時(shí)對(duì)合金原材料與填料進(jìn)行充分脫水、烘干；

(2)合金液熔煉：將合金原材料加入感應(yīng)爐中，升溫至1500℃，待其完全熔化后保溫0.5h；加入經(jīng)過干餾的木炭，木炭的加入量以充分覆蓋住合金液面為原則，升溫至1650℃，攪拌均勻，保溫2h；

(3)合金錠鑄造：將步驟(2)獲得的合金液注入鑄造保溫坩堝，將升液管預(yù)熱至200℃，同時(shí)對(duì)合金錠模具預(yù)熱至300℃后噴刷涂料進(jìn)行合模；設(shè)定鑄造參數(shù)，具體為，氣源壓力：0.7Mpa，同步壓力：0.5Mpa，升液速度：65mm/s，結(jié)晶增壓壓力：0.01Mpa；向合金錠模具型腔和鑄造保溫坩堝同時(shí)通入壓縮空氣，調(diào)節(jié)升液壓力為0.1Mpa，充型壓力為0.1Mpa，使鑄造保溫坩堝中下工作罐坩堝內(nèi)的合金液沿著升液管由下至上進(jìn)行升液充型；充型完成后繼續(xù)增壓，當(dāng)鑄造保溫坩堝的上工作罐坩堝和下工作罐坩堝的壓力差達(dá)到0.06Mpa時(shí)，保壓5min；再將合金液平穩(wěn)注入合金錠模具中，在壓力不等的作用下凝固結(jié)晶為合金錠，并取出；

(4)合金錠重熔：待步驟(3)中合金錠的表面溫度下降至400℃時(shí)，放入真空自耗重熔爐進(jìn)行重熔，待合金錠完全熔化后加入填料，持續(xù)攪拌，攪拌時(shí)長為10min；

(5)提升純凈度：將步驟(4)添加有填料的合金液轉(zhuǎn)移至電子束熔爐中，以1mA/s的速度將電子槍束流增加至180mA，待填料完全溶于合金液中時(shí)，繼續(xù)以3mA/s的速度將電子槍束流增加至400mA，并將電子束束斑半徑調(diào)整為15nm，時(shí)長為10min，獲得復(fù)合合金液；

(6)鑄件成型：按照步驟(3)的方法再次澆鑄成型。

步驟(2)中合金原材料的組成成分以及各成分百分比分別為：Li：1.2％、Ni：0.9％、Si：0.3％、Zr：0.3％、Hf：0.2％、B：0.1％、Sb：0.5％、Sn：0.5％、V：0.1％、Ti：5.2％，其余為Al。

步驟(4)中的填料為T4鈦合金粉，且需進(jìn)行碾磨，目數(shù)不高于80目。

實(shí)施例2：

一種用于航空器殼體的合金制造方法，具體制造方法包括以下步驟：

(1)預(yù)處理：除去熔化工具表面殘留的涂料以及氧化層，預(yù)熱至380℃后在表面均勻噴涂一層保護(hù)涂料，并升溫至500℃，保溫1h，烘干發(fā)黃備用；同時(shí)對(duì)合金原材料與填料進(jìn)行充分脫水、烘干；

(2)合金液熔煉：將合金原材料加入感應(yīng)爐中，升溫至1600℃，待其完全熔化后保溫1h；加入經(jīng)過干餾的木炭，木炭的加入量以充分覆蓋住合金液面為原則，升溫至1720℃，攪拌均勻，保溫3h；

(3)合金錠鑄造：將步驟(2)獲得的合金液注入鑄造保溫坩堝，將升液管預(yù)熱至250℃，同時(shí)對(duì)合金錠模具預(yù)熱至00℃后噴刷涂料進(jìn)行合模；設(shè)定鑄造參數(shù)，具體為，氣源壓力：0.95Mpa，同步壓力：0.68Mpa，升液速度：58mm/s，結(jié)晶增壓壓力：0.015Mpa；向合金錠模具型腔和鑄造保溫坩堝同時(shí)通入壓縮空氣，調(diào)節(jié)升液壓力為0.15Mpa，充型壓力為0.15Mpa，使鑄造保溫坩堝中下工作罐坩堝內(nèi)的合金液沿著升液管由下至上進(jìn)行升液充型；充型完成后繼續(xù)增壓，當(dāng)鑄造保溫坩堝的上工作罐坩堝和下工作罐坩堝的壓力差達(dá)到0.08Mpa時(shí)，保壓8min；再將合金液平穩(wěn)注入合金錠模具中，在壓力不等的作用下凝固結(jié)晶為合金錠，并取出；

(4)合金錠重熔：待步驟(3)中合金錠的表面溫度下降至450℃時(shí)，放入真空自耗重熔爐進(jìn)行重熔，待合金錠完全熔化后加入填料，持續(xù)攪拌，攪拌時(shí)長為20min；

(5)提升純凈度：將步驟(4)添加有填料的合金液轉(zhuǎn)移至電子束熔爐中，以2mA/s的速度將電子槍束流增加至235mA，待填料完全溶于合金液中時(shí)，繼續(xù)以4mA/s的速度將電子槍束流增加至420mA，并將電子束束斑半徑調(diào)整為15nm，時(shí)長為10～15min，獲得復(fù)合合金液；

(6)鑄件成型：按照步驟(3)的方法再次澆鑄成型。

步驟(2)中合金原材料的組成成分以及各成分百分比分別為：Li：5％、Ni：1.2％、Si：0.5％、Zr：0.6％、Hf：0.5％、B：0.2％、Sb：1.2％、Sn：1.5％、V：0.3％、Ti：3％，其余為Al。

步驟(4)中的填料為氮化硼，且需進(jìn)行碾磨，目數(shù)不高于80目。

實(shí)施例3：

一種用于航空器殼體的合金制造方法，具體制造方法包括以下步驟：

(1)預(yù)處理：除去熔化工具表面殘留的涂料以及氧化層，預(yù)熱至350℃后在表面均勻噴涂一層保護(hù)涂料，并升溫至450℃，保溫0.7h，烘干發(fā)黃備用；同時(shí)對(duì)合金原材料與填料進(jìn)行充分脫水、烘干；

(2)合金液熔煉：將合金原材料加入感應(yīng)爐中，升溫至1580℃，待其完全熔化后保溫0.7h；加入經(jīng)過干餾的木炭，木炭的加入量以充分覆蓋住合金液面為原則，升溫至1700℃，攪拌均勻，保溫2.5h；

(3)合金錠鑄造：將步驟(2)獲得的合金液注入鑄造保溫坩堝，將升液管預(yù)熱至220℃，同時(shí)對(duì)合金錠模具預(yù)熱至350℃后噴刷涂料進(jìn)行合模；設(shè)定鑄造參數(shù)，具體為，氣源壓力：0.85Mpa，同步壓力：0.6Mpa，升液速度：60mm/s，結(jié)晶增壓壓力：0.012Mpa；向合金錠模具型腔和鑄造保溫坩堝同時(shí)通入壓縮空氣，調(diào)節(jié)升液壓力為0.13Mpa，充型壓力為0.13Mpa，使鑄造保溫坩堝中下工作罐坩堝內(nèi)的合金液沿著升液管由下至上進(jìn)行升液充型；充型完成后繼續(xù)增壓，當(dāng)鑄造保溫坩堝的上工作罐坩堝和下工作罐坩堝的壓力差達(dá)到0.07Mpa時(shí)，保壓5～8min；再將合金液平穩(wěn)注入合金錠模具中，在壓力不等的作用下凝固結(jié)晶為合金錠，并取出；

(4)合金錠重熔：待步驟(3)中合金錠的表面溫度下降至435℃時(shí)，放入真空自耗重熔爐進(jìn)行重熔，待合金錠完全熔化后加入填料，持續(xù)攪拌，攪拌時(shí)長為15min；

(5)提升純凈度：將步驟(4)添加有填料的合金液轉(zhuǎn)移至電子束熔爐中，以1.5mA/s的速度將電子槍束流增加至200mA，待填料完全溶于合金液中時(shí)，繼續(xù)以3.5mA/s的速度將電子槍束流增加至400mA，并將電子束束斑半徑調(diào)整為15nm，時(shí)長為12min，獲得復(fù)合合金液；

(6)鑄件成型：按照步驟(3)的方法再次澆鑄成型。

步驟(2)中合金原材料的組成成分以及各成分百分比分別為：Li：3％、Ni：1％、Si：0.4％、Zr：0.44％、Hf：0.4％、B：0.16％、Sb：0.8％、Sn：1.1％、V：0.15％、Ti：4.2％，其余為Al。

步驟(4)中的填料為T4鈦合金粉、納米二氧化硅以及納米二氧化鈦中的，且需進(jìn)行碾磨，目數(shù)不高于80目。

分別通過以上三個(gè)實(shí)施例提供的工藝以及配比獲得三種成分的合金，利用三種成分的合金制作10mm厚的殼體鑄件，并分別進(jìn)行力學(xué)測試。

實(shí)施例1的屈服強(qiáng)度能夠達(dá)到843～850Mpa、抗拉強(qiáng)度達(dá)到881～887Mpa，在-120℃下的沖擊功達(dá)到132J，在400℃下的沖擊功能夠達(dá)到247J。

實(shí)施例2的屈服強(qiáng)度能夠達(dá)到876～882Mpa、抗拉強(qiáng)度達(dá)到913～920Mpa，在-120℃下的沖擊功達(dá)到198J，在400℃下的沖擊功能夠達(dá)到278J。

實(shí)施例3的屈服強(qiáng)度能夠達(dá)到902～908Mpa、抗拉強(qiáng)度達(dá)到1005～1010Mpa，在-120℃下的沖擊功達(dá)到205J，在400℃下的沖擊功能夠達(dá)到283J。

綜上，通過以上三個(gè)實(shí)施例獲得的合金都具有優(yōu)異的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度，力學(xué)性能優(yōu)異，同時(shí)都具有極強(qiáng)的耐高溫與耐低溫性；并且實(shí)施例3所公開的工藝參數(shù)以及成分配比為佳。

最后需要說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制性技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，那些對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。