ES2306460T5 - Enlace por difusión de metales - Google Patents

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Description

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Enlace por difusion de metales.
CAMPO TECNICO
La presente invencion se refiere a un metodo para enlace por difusion de metales, particularmente a enlace difusion por compresion de aleaciones superplasticas en operaciones de formacion superplastica (SPF).
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
El proceso de formacion superplastica (SPF) y de enlace por difusion (DB) esta bien documentado y se ha usado en la industria aeroespacial durante muchos anos. Muchas clases de paneles SPF/BD se preparan usando diversos numeros, tamanos o espesores de laminas; tecnicas de soldadura; tecnicas de enlace; configuraciones de limitador; u otras variables. La presente invencion se refiere a una mejora en el enlace por difusion por compresion para fabricar piezas SPF/BD reforzadas integralmente. El enlace por difusion por compresion convencional usa la fuerza de reaccion entre las superficies de troquel opuestas de la prensa de formacion a temperatura elevada para conseguir contacto fntimo y presion entre dos o mas laminas de ajuste de metal, especialmente titanio o sus aleaciones SPF. Los procesos SPF/bD convencionales se describen, por ejemplo, en las Patentes de Estados Unidos 5.141.146; 5.115.963; 5.055.143; 4.304.821; 3.924.793; 3.927.817; 4.530.197; 5.330.093; 4.882.823; y 4.292.375, que se incorporan por referencia.
El enlace por difusion por compresion actualmente requiere troqueles metalicos caros, que tambien requieren tiempo de espera para fabricarlo. El proceso SPF/BD, por ejemplo para una aleacion Ti-6Al-4V requiere temperaturas de aproximadamente 900-950°C (1.650-1.750°F) con una presion de gas diferencial de 200 x 104 Pa (300 psi) aplicada usando gas argon de calidad para soldadura durante tres horas o mas con una purga de gas continua con contacto fntimo entre superficies limpias, sin residuos que tienen un tamano de grano estable fino.
El metodo del estado de la tecnica para enlace por difusion por compresion usa placas o troqueles de acero resistente a corrosion (CRES) de ajuste mecanizados con precision que tienen un patron de rejilla interfacial. El material de titanio SPF se intercala entre los troqueles y se comprime localmente en la rejilla para crear un enlace por difusion. La formacion de los troqueles con el patron de rejilla es un proceso lento y caro debido a las limitaciones en el mecanizado que imponen las aleaciones CRES. Este metodo convencional es demasiado caro para justificar su uso para produccion de prototipos a baja velocidad, o produccion en cantidad limitada porque la fabricacion de los troqueles es casi imposible. Por lo tanto, los disenadores han evitado los disenos SPF/DB porque no han sido capaces de verificar su integridad a costes razonables.
Incluso cuando se implementa, el proceso CRES convencional tambien esta plagado por la distorsion rapida de las superficies del troquel debido a la exposicion prolongada tanto a altas temperaturas 900-950°C (1.600-1.750°F) como a grandes cargas requeridas para conseguir el enlace por difusion. Las superficies opuestas del troquel se desvfan de la forma. Una vez que las superficies del troquel ya no se ajustan entre si de forma proxima, las fuerzas de compresion entre las laminas de titanio se pierden y ya no ocurre mas el enlace por difusion. Este deterioro de los troqueles es un perjuicio particular debido al desenlace localizado provocara la ruptura del nucleo del paquete durante su uso pretendido, especialmente en aplicaciones aeroespaciales donde la pieza se sometera a situaciones cerca de su lfmite de diseno en un esfuerzo para reducir el peso global del vehfculo. En las piezas completas los enlaces por difusion a menudo se sellan dentro de la pieza y no pueden inspeccionarse. El desenlace supone un fallo potencialmente catastrofico, y la inspeccion es diffcil si no imposible. Los disenadores se asustan de depender de los disenos SPF/DB donde no puede asegurarse la integridad del enlace.
Aunque la incapacidad para asegurar la calidad de los enlaces por difusion ha limitado en gran medida la adopcion de piezas SPF/DB en aplicaciones aeroespaciales, preparar las piezas por procesos alternativos, sin embargo, es caro. Las alternativas normalmente requieren un mecanizado complicado de las partes detalladas individuales y su ensamblaje en el subensamblaje completado. Se requiere un trabajo e inspeccion considerables y la variabilidad de la pieza produce variacion en el subensamblaje final. Los cierres a un coste de ensamblaje significativo. La fabricacion aeroespacial moderna necesita ahorrar costes asociados para fabricacion de SPF/DB, con la condicion de que pueda garantizarse la integridad de los enlaces por difusion.
Otro problema al que se enfrentan los disenadores con procesos de enlace por difusion convencional es que no hay una sola manera de soldadura por laser o formas complejas de soldadura de resistencia de configuraciones de nucleo en las laminas de nucleo internas de paneles SPF/DB. Con soldadura por resistencia, el disenador se limita fundamentalmente a lfneas rectas de los nucleos soldados. En algunos casos, un soldador extremadamente competente puede hacer arcos suaves, aunque las piezas estan sometidas a altas tasas de rechazo. El proceso de soldadura con laser es mejor en este aspecto, aunque la distorsion del calor de soldadura provocada por el laser puede provocar un doblado grave y abombado de las laminas de ajuste dejando areas en las que se pierde el contacto fntimo entre las laminas.
La industria necesita un metodo de compresion DB fiable que permita la rapida fabricacion de paneles SPF/DB usando unas herramientas baratas. Necesita tambien un metodo que elimine los problemas de desenlace localizado asegurando el contacto fntimo entre las laminas a traves del ciclo Db. Las herramientas de fabricacion baratas de la presente invencion permiten la construccion de numerosos conjuntos de herramientas solo a una fraccion del coste de las herramientas SPF/DB convencionales. Por lo tanto, un suministro de compresion de herramientas de seguridad DB puede fabricarse y mantenerse en reserva en caso de que las que se estan usando queden danadas o se distorsionen.
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Las herramientas de reserva facilitan las ejecuciones de produccion y garantizan el suministro a tiempo. La fabricacion de SPF/DB promete un recuento de pieza total reducido y un coste del avion reducido.
Las companfas que han intentado usar el metodo DB de compresion convencional para producir piezas DB han tenido dificultades para mantener las superficies del troquel ajustadas de forma proxima. En el caso de piezas F-15E, el deterioro final y distorsion de sus troqueles SPF/Db conducen a McDonnell Douglas a ensayar cunas soldadas por puntos en las areas donde esta ocurriendo el desenlace. Las cunas aumentaban el espesor de apilamiento de material aplicando de esta manera, aplicando teoricamente mas fuerza en aquellas areas donde el troquel se habfa doblado. Desafortunadamente, las cunas simplemente agravaron el doblado del troquel, provocando un desalineamiento y distorsion aun mayor, y produciendo un numero mayor de desenlaces de las piezas.
Como se ha mencionado anteriormente, un problema principal con el uso de troqueles CRES con patron son sus gastos. Los troqueles tfpicamente se ajustan a su forma neta desde el material CRES, tal como ESCO 49C, IN100, HN, o 22-4-9 CRES. Las superficies de troquel se amolan despues con precision y se mecanizan para obtener un ajuste proximo, especialmente cuando la pieza tenga enlaces por difusion por compresion. Los troqueles de 15-60 cm (6-24 pulgadas) de espesor y generalmente 6 dm x 6 dm a 18 dm x 36 dm (2 pies x 2 pies a 6 pies x 12 pies) de aleaciones CRES son caros y su mecanizado consume tiempo. Un troquel CRES de 9 dm x 6 dm (3 pies x 2 pies) puede tardarse hasta nueve meses en construirlo. El diseno de troquel debe definirse numericamente para permitir el mecanizado NC de las superficies. El moldeo puede tardar hasta 16 semanas. El mecanizado, trabajado a mano, inspeccion, y ensamblaje pueden, pueden tardar otras 20 semanas. Si se necesita el retrabajado del troquel (soldadura y mecanizado), el plazo de entrega y gasto se hacen extraordinarios. Incluso un pequeno cambio en el diseno del troquel puede tardar meses en realizarse debido al necesario retrabajado de los troqueles.
Por consiguiente, el metodo actual para fabricar piezas DB por compresion para aplicaciones tanto experimentales como de produccion es inadecuado.
BREVE SUMARIO DE LA INVENCION
Para conseguir compresion DB de laminas de titanio, un ajuste de herramienta aprieta las laminas juntas en las areas donde se necesitan enlaces por difusion. La herramienta requerida para enlazar dos laminas de titanio consiste, en una realizacion preferida ilustrativa de la invencion, en dos bloques gruesos de acero inoxidable de una lamina de corte laser (es decir, un molde) de aproximadamente 0,38 cm (0,150 pulgadas) de espesor de acero inoxidable CRES (304). La lamina CRES se corta con laser con un patron de rejilla deseado correspondiente a la localizacion de los enlaces en el producto. Las dos laminas de titanio (el repuesto de laminas de la produccion de la pieza) se limpian, se sueldan juntas alrededor de su periferia para formar un paquete, y se configuran para que tengan tubos de gas soldados por fusion para permitir que el gas argon entre en el paquete. El paquete se intercala despues entre placas de acero inoxidable y el molde CRES entre placas de la prensa SPF. Se calienta todo el apilamiento. Se aplica a fuerza de compresion usando el ariete hidraulico de la prensa. Los enlaces por difusion forman en un patron de rejilla correspondiente el patron del molde CRES. La presion de gas infla el paquete durante el ciclo de enlace para evitar el enlazado de las areas dentro del paquete donde el enlace no se desea y las mantiene sin tocar.
El documento US-A-3.927.817 describe un metodo de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 para fabricacion de estructuras intercaladas metalicas en las que blancos metalicos, preferiblemente de aleacion de titanio, se unen en areas seleccionadas y se expanden superplasticamente para formar una estructura intercalada deseada.
El documento US-A-4.304.821 describe una estructura y proceso para fabricar una estructura intercalada metalica en la que laminas de trabajo metalicas, preferiblemente hechas a partir de aleacion de titanio, se unen en un patron preseleccionado por una soldadura intermitente o discontinua.
El documento US-A-4.882.823 describe un metodo de formacion de una estructura hueca que tiene una distribucion de masa variable. Dos laminas de un material que puede unirse, enlazarse por difusion y formarse de forma superplastica se forman con una superficie plana en una superficie opuesta rodeada para que tenga una distribucion de masa seleccionada.
El documento US-A-5.467.626 describe un ensamblaje de troquel, de formacion de ceramico superplastico de autosoporte, que tiene una configuracion que proporciona suficiente resistencia para resistir una carga comprensiva ejercida por una prensa para mantener una etapa de troquel en un cuerpo de troquel contra una fuerza dirigida opuesta generada por gas a presiones por formacion superplasticas dentro del troquel.
El molde permite aplicar presiones significativamente mayores a la lfnea de enlace lo que reduce el tiempo requerido para enlazar y mejora la calidad del enlace. Las partes construidas usando un solo molde CRES difieren de aquellas que estan hechas usando dos moldes. Un solo molde CRES proporciona piezas que tienen una superficie plana y una superficie que esta formada. Las piezas preparadas usando dos moldes CRES (uno a cada lado del paquete) tendran dos superficies en forma de almohada en la parte superior e inferior de la pieza.
El metodo produce nucleos para multi-lamina, piezas DB complicadas y esta disenado especialmente para la fabricacion de nucleos para paquetes DB de 4 laminas.
Los paquetes de dos laminas pueden enlazarse por difusion por compresion en una hora o menos. Por lo tanto, este proceso puede ser mas economico que los metodos para fabricar nucleos soldados por resistencia o laser que se usan
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generalmente hoy en dfa. El metodo de la presente invencion evita el ciclo de enlace de tres horas que se usa mediante el metodo DB convencional, debido a las mayores fuerzas de compresion.
El molde CRES que puede cortarse practicamente a cualquier angulo de inclinacion lateral, que permite obtener la pieza a enlazar por difusion en forma de rejilla de casi cualquier altura y angulo. Una pieza complicada puede enlazarse por difusion por compresion y formarse con la forma necesaria en un ciclo.
BREVE DESCRIPCION DE LAS DIVERSAS VISTAS DEL DIBUJO
La Figura 1 es una vista de seccion ampliada de una interfaz tfpica entre dos laminas antes del enlace por difusion por compresion.
La Figura 2 es otra vista de seccion ampliada, similar a la Figura 1, de la interfaz de dos laminas enlazadas por difusion satisfactoriamente.
La Figura 3 es una vista de seccion esquematica de un paquete de dos laminas preparado para enlace por difusion.
La Figura 4 es una vista de seccion que muestra el paquete de la Figura 3 en un proceso SPF durante el enlace por difusion de compresion convencional.
La Figura 5 es una vista de seccion de un apilamiento de enlace por difusion por compresion de la presente invencion.
La Figura 6 es otra vista de seccion que muestra un apilamiento alternativo usando dos moldes CRES.
La Figura 7 es otra vista de seccion que muestra otro paquete alternativo usando una junta adicional para asegurar la compresion.
La Figura 8 es otra vista de seccion que muestra una disposicion de apilamiento alternativa para la junta.
La Figura 9 es una vista en planta tfpica de un molde CRES de la presente invencion.
La Figura 10 es una seccion de muestra de un enlace por difusion de compresion que se forma de acuerdo con el metodo de la presente invencion.
La Figura 11 es una pieza tfpica formada con el metodo de enlace por difusion por compresion de molde mostrado en la Figura 10.
La Figura 12 es otra seccion de muestra de un enlace por difusion por compresion que se forma con dos disposiciones de molde de acuerdo con un metodo alternativo de la presente invencion.
La Figura 13 es una vista de seccion que muestra un nucleo enlazado por difusion por compresion formado de acuerdo con el metodo de la Figura 12 incorporado en una pieza SPF/DB de 4 laminas.
La Figura 14 es una vista de seccion que muestra una pieza completada usando el nucleo como se muestra en la Figura 13.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION
El metodo convencional mas versatil, para producir piezas SPF/DB de 2 laminas y los nucleos para piezas SPF/DB de 4 o mas laminas ha sido la tecnica de limitador, en la que un nitruro de boro o una mezcla de itria se aplica usando serigraffa a las areas del paquete donde no se desea el enlace. El patron del limitador puede ser flexible para permitir muchas formas diferentes de "nucleo de punto", "nucleo de celosfa", y otras configuraciones de multi-laminas SPF/DB. En el metodo de limitador, sin embargo, el proceso de serigraffa es diffcil de controlar. La repetibilidad del proceso es un asunto principal. El metodo de la presente invencion es util para preparar cualquiera de estas configuraciones de la tecnica anterior.
El metodo de soldadura por resistencia de la tecnica anterior no es tan flexible como el metodo de limitador para producir nucleos. Para soldadura por resistencia, puede producirse una soldadura en lfnea recta o solo una lfnea de soldadura ligeramente curva, limitando de esta manera al disenador en terminos de complejidad del diseno. "El nucleo de punto", por ejemplo, no puede hacerse usando el enfoque de soldadura por resistencia. La soldadura laser esta limitada tambien cuando se compara con el metodo de limitador, ya que el proceso crea distorsion del material debido a las altas temperaturas de fusion/soldadura.
El sistema de enlace por difusion por compresion de la presente invencion es sustancialmente tan flexible como el metodo de limitador en terminos la complejidad del panel SPF/DB que puede producir. Practicamente cualquier geometrfa de nucleo puede cortarse en los moldes CRES. Los enlaces circulares se usaran para "nucleo de punto". Los enlaces lineales con saltos se usaran para la compresion de "paneles reforzados" de 2 laminas enlazadas/formadas. Son posibles otras muchas variaciones.
Como se muestra en la Figura 3, un paquete de dos laminas 30 incluye una lamina superior 10, tal como una aleacion Ti-6Al-4V, una lamina inferior 12 del mismo material, y una soldadura de borde 14 (sellado hermetico a fluido, o equivalente) para crear una cavidad entre las laminas.
El paquete 30 se situa entre las superficies de troquel opuestas 16 y 18 y en una prensa de formacion superplastica. Las superficies del troquel se comprimen juntas si el paquete se calienta hasta el intervalo de formacion superplastico de las
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laminas. La formacion de gas se introduce a la cavidad o cavidades 42 entre las laminas a traves de entradas de gas de formacion adecuadas (54, Figura 5) para formar el paquete en la configuracion de troquel complementaria de la parte acabada aquf, una seccion de sombrero totalmente formada, mientras que los enlaces por difusion 44 se forman en las areas donde las laminas 10 y 12 estan en contacto fntimo entre las superficies mecanizadas con precision del troquel.
La mejora al metodo de compresion DB usando el molde CRES 52 se muestra en diversas realizaciones alternativas en las Figuras 5-8. Un molde CRES 52 se localiza en un lado (Figura 5) o ambos lados (Figura 6) del paquete. El molde es un patron de rejilla (Figura 9) y corresponde al patron hecho a los troqueles CRES en el proceso convencional, pero con mayor flexibilidad en la configuracion del troquel y a costes reducidos para los fabricantes. Las diferentes configuraciones de la pieza pueden hacerse simplemente cambiando los moldes en lugar de cambiando los troqueles. Las Figuras 7 y 8 muestran el uso del molde CRES 52 junto con un espaciador de titanio 56. Las nulas deformaciones de espaciado entre las superficies enfrentadas de los troqueles 58 y 60 que de otra manera podrfa conducir a desenlaces experimentados por McDonnel Douglas. El espaciador 56 se ablanda a la temperatura de formacion y llena cualquier torcedura, doblez o valle que pueda desarrollarse en los troqueles CRES 58 y 60. Los moldes permiten tambien la conversion del proceso de enlace por difusion a uno que capitaliza la induccion eficiente de calor, reduciendo de esta manera en gran medida el consumo de energfa. La temperatura de enlace por difusion puede controlarse facilmente en una operacion de calentamiento por induccion seleccionando una aleacion "elegante" adecuada con una temperatura Curie apropiada en el intervalo de 840-950°C (1.550-1.750°F) para enlace por difusion de titanio o aleaciones de titanio. La temperatura Curie, por supuesto, sera menor para enlace por difusion de otros materiales a menores temperaturas. Los susceptores "elegantes" y las aleaciones adecuadas se describen con mayor detalle en la Solicitud de Patente de Estados Unidos 08/469.604 que se incorpora por referencia.
Los troqueles 58 y 60 se montan en los rodillos de la prensa SPF. Solo se muestra el rodillo inferior en las Figuras 5-8 por simplicidad de ilustracion. Una prensa SPF tfpica se describe en las patentes ya analizadas o las Patentes de Estados Unidos 5.467.626 que se incorporan por referencia. Los rodillos 63 en una prensa de calentamiento de resistencia convencional suministran el calor necesario y presion para la formacion como se muestra esquematicamente con la flecha 65. Las entradas de gas de formacion 54 para la pieza de trabajo SPF en la que los enlaces por difusion se formaran antes de la expansion permite que el gas argon presurizado 67 u otro gas inerte adecuado infle la cavidad 42 (Figura 4) para conseguir el enlace deseado y posterior formacion. El gas suministrado se gestiona a la prensa usando un sistema de gestion de las generalmente del tipo descrito en la Patente de Estados Unidos 5.419.170, que se incorpora por referencia.
Se puede usar tambien una prensa de calentamiento por induccion Boeing como se describe en la Patente de Estados Unidos 5.530.227, por ejemplo. Una prensa de calentamiento por induccion usa un campo magnetico oscilante para inducir corrientes de remolino en el susceptor, que en este caso serfa principalmente el molde o moldes. Para calentamiento por induccion, los troqueles generalmente serfan ceramicos e incluirfan una bobina de induccion embebida. Los moldes pueden orientarse con otra lamina de susceptor para envolver el paquete de la pieza. De otra manera, el campo magnetico probablemente calentarfa inductivamente las laminas del paquete al mismo tiempo que calienta los moldes. La formacion despues del enlazado puede realizarse en una operacion diferente, aunque la eficacia global en ahorro de tiempo y energfa aun favorecera a la operacion de calentamiento por induccion.
Un molde CRES tfpico 52 se muestra en vista en planta de la Figura 9. El molde es de una disposicion de cristal de ventana o junta que tiene bandas estrechas de metal CRES para definir regiones para las lfneas de enlace por difusion en el paquete y grandes areas abiertas. Aunque se muestra con aberturas rectangulares y lados rectos, el molde puede cortarse en una gran variedad de patrones segun sea apropiado para las piezas fabricadas. El molde es facil de fabricar a un coste relativamente bajo incluso a partir de aleaciones CRES. Generalmente es de aproximadamente 0,5-37,5 mm de espesor (tfpicamente 1-10 mm). Se corta con un laser de 800-3.000 W, de CO2 o YAG a cualquier angulo de inclinacion lateral adecuado o se prepara de cualquier otra manera adecuada. El molde 52 transfiere presiones desde las placas a las lfneas de enlace por difusion y, de hecho, intensifica la presion a aproximadamente 2-8 MPa (300-1.200 psi) reduciendo el area a traves de la que actua la fuerza dinamica hidraulica de la prensa. Usar el molde permite las configuraciones faciales mas sencillas para los troqueles de la prensa ya que el molde sustituye el patron del molde usado convencionalmente.
Si se usan dos moldes (Figura 6), pueden crearse formacion complicada y patrones de enlace del producto. Si los moldes son identicos en vista en planta (Figura 12) de manera que las bandas solapan en todas las localizaciones, las bandas de ajuste de los moldes crean la presion de 2-8 MPa (300-1.200 psi) necesaria para formar rapidamente un enlace por difusion entre las laminas 10 y 12 en el area de solapamiento. Puede reducirse el tiempo de enlace por difusion de las tres horas que requiere el proceso convencional a una hora o menos con ahorros resultantes en consumo de energfa y trabajo. Sin embargo, si las bandas de los moldes no se registran, los moldes no crearan una presion suficiente para formar un enlace por difusion. Por lo tanto, las bandas definiran una configuracion de producto expandida muy similar a una caracterfstica molida en una superficie troquel. Las bandas desplazadas crearan patrones de almohada unicos ajustados tfpicamente al 5-15% de espesor de metal de lamina de titanio cuando la presion de inflado 67 forma las laminas.
Mientras los troqueles en las Figuras 5-8, 10 y 12 se muestran con superficies planas, generalmente estos troqueles tendran cavidades de formacion 75 tales como aquellas mostradas en la Figura 4. El paquete de dos laminas en la Figura 4 se forma en una seccion de sombrero de panel reforzado. En la realizacion preferida, se usa un molde 52 para fabricar un nucleo 100 (Figura 13) para un producto multi-lamina tal como el nucleo de una paleta de ventilador de
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turbina. El nucleo 100 se intercala entre las laminas superficiales 102 y 104, que pueden ser compuestos de matriz de metal de repuesto de lamina (MMC) o un laminado de MMC-repuesto de lamina. Las piezas SPF multi-lamina tfpicas y nucleos que son el asunto de la presente invencion se describen, por ejemplo, en las Patentes de Estados Unidos 5.330.092 y 5.534.354, que se incorporan por referencia.
El nucleo 100 de la operacion de enlace de difusion inicial que se acaba de describir tfpicamente se alinea con laminas superficiales intercaladas 102 y 104. El nuevo paquete de piezas se suelda 106 alrededor de la periferia de las laminas superficiales o se sella de otra manera para formar un paquete de 4-laminas analogo al paquete de 2-laminas mostrado en la Figura 3. Este paquete de 4-laminas se carga a una prensa SPF, se enlaza y se expande, y se forma a la configuracion final deseada mostrada, por ejemplo, en la Figura 14. Durante esta segunda operacion de formacion, la presion de gas de formacion se suministra segun sea apropiado a las cavidades 108 o 110 entre el nucleo 100 y las laminas superficiales 102 y 104 o dentro del propio nucleo respectivamente. Las laminas superficiales del enlace al nucleo y las paredes de celosfa internas se completan alrededor de cada enlace por difusion 115 que se forman en el nucleo durante la operacion de enlace inicial. El producto es una pieza multi-lamina de alta calidad y con desenlaces.
Una sola lamina de material puede formarse sobre sf misma, aplanarse para crear una sola lmea de doblado en la punta, y doblarla en una region de contacto mtimo entre las superficies solapantes para formar un producto de lagrima util como superficie de control, borde conductor, o paleta de rotor.
Si se usan dos moldes, cada corte en el mismo patron de rejilla, con moldes de diferentes espesores, los paquetes formado y enlazado tienen una profundidad diferente, y las celulas formadas (es decir el "almohadillado") tendran una forma diferente.
Si se usan moldes, cada uno con un patron de rejilla diferente, de manera que algunas superficies comunes se comparten, la parte resultante tiene cavidades de diferente tamano, forma, angulo de inclinacion lateral y otras configuraciones. Las celulas formadas y enlazadas pueden hacerse de diferentes formas.
Una lamina metalica (generalmente titanio) puede usarse como espaciador o junta (Figura 7 u 8) entre el molde y el bloque plano para anular cualquier discontinuidad que no sea plana o distorsiones entre el paquete y las superficies del troquel. En efecto, el espaciador es una lamina de metal desechable que funciona mas como una goma para corregir herramientas no polares (que es un problema comun) que para llenar valles en las superficies del troquel. Los picos se acomodan con las aberturas en el molde. Por consiguiente, en molde es generalmente mas grueso que el espaciador.
Por supuesto, pueden apilarse multiples moldes en uno o ambos lados del paquete de la pieza para obtener la configuracion de producto deseada.
Durante el funcionamiento, todos los elementos de la herramienta se recubren o tratan adecuadamente para permitir el desmontaje de los troqueles, espaciadores, y moldes. Es decir, los agentes de liberacion adecuados deben usarse en las interfaces entre estas herramientas.
Pueden usarse tambien troqueles ajustados de precision que estan curvados o incluso que tienen un contorno compuesto en lugar de los troqueles planos que se han elegido para mostrar en el dibujo. Los troqueles pueden ser de metal, carbono, ceramico, o cualquier otro material adecuado. Los moldes pueden incluir la curvatura para simplificar la fabricacion de los troqueles. Es decir, aunque se ha ilustrado que los moldes tienen caras planas, podnan fabricarse caras curvas de ajuste en los moldes para formar ondas en el paquete de la pieza cuando el paquete se carga a la prensa. Los moldes de este equipo, sin embargo, tfpicamente sedan mas gruesos. Se prefiere usar un apilamiento de elementos de molde en dicho caso para reducir el coste total.
Si el material compuesto de la matriz metalica (MMC), tal como titanio reforzado con fibra de carburo de silicio, se pone en un paquete multi-lamina para la segunda operacion de formacion, todo el apilamiento puede procesarse SPF/DB para formar el nucleo en contacto mtimo con el MMC y enlazar las laminas de metal encaradas al MMC para formar un solo panel SPF/DB multi-lamina reforzado por MMC.
El proceso conduce tambien asf mismo al uso de laminas de metal SPF/DB que se han molido preferiblemente qmmicamente antes del procesado para obtener un espesor de almohadillado particular o requerido en la pieza acabada con espesor localizado.
El molde debe permanecer fuerte (aproximadamente 15 ksi) a las temperaturas de enlace por difusion para titanio en el intervalo de aproximadamente 850-950°C (1.550-1.750°F), ser resistente a deformacion permanente, resistente a oxidacion y ser inerte con la pieza de trabajo. Se prefieren aleaciones metalicas que puedan cortarse facilmente con laser, tales como Inconel 625, Inconel 718, CRES 304, CRES 321, acero (especialmente aleaciones de mquel), aleaciones de titanio, u otros materiales de alta temperatura y alta resistencia. Puede usarse un ceramico orientado hacia el molde como una junta o refuerzo entre el metal del molde y la superficie del troquel.

Claims (5)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    REIVINDICACIONES
    1. Metodo de fabricacion de una estructura enlazada por difusion formada superplasticamente usando al menos dos laminas (10, 12) de aleaciones metalicas superplasticas y enlazables por difusion, que comprende las etapas de:
    (a) limpiar las laminas metalicas (10, 12);
    (b) alinear las laminas (10, 12) para proporcionar el contacto fntimo entre las laminas (10, 12) en localizaciones seleccionadas;
    (c) soldar las laminas (10, 12) para formar un paquete (30) para preparar un sellado hermetico a gas mientras que se proporcionan entradas de gas de formacion (54) en una cavidad entre las laminas (10, 12);
    (d) situar un molde (52) que tiene un patron de enlace por difusion por compresion deseado que corresponde a las localizaciones de contacto fntimo entre las laminas (10, 12) en el exterior del paquete (30), en una prensa entre troqueles opuestos (58, 60);
    (e) opcionalmente, proporcionar orificios dentro del molde (52) entre las almohadillas de comprension para las aleaciones para formar y, de esta manera, establecer una definicion de pieza;
    (f) purgar la cavidad de contaminantes evacuando la cavidad o introduciendo un gas inerte a la cavidad.
    (g) calentar el paquete (30) a una temperatura de enlace por difusion para aleacion;
    (h) comprimir las laminas (10, 12) juntas a traves del molde (52) para llevar las laminas (10, 12) a un contacto fntimo en las localizaciones para formar enlaces por difusion (44) mientras que se aplica presion de gas a la cavidad para inflar el paquete (30) para evitar el enlace por difusion en areas del paquete (30) que registran los orificios en el molde (52), caracterizado por la etapa adicional de usar un espaciador de titanio (56) entre el paquete (30) y troqueles opuestos (58, 60) para anular las deformidades entre los troqueles (58, 60) y asegurar una presion de enlace por difusion suficiente a traves del molde (52).
  2. 2. Metodo de la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente las etapas de:
    (a) intercalar el nucleo conseguido despues de la etapa (h) entre laminas superficiales para definir un paquete multilamina; y
    (b) expandir un paquete multi-lamina (30) para enlazar el nucleo a las laminas superficiales para completar la estructura.
  3. 3. Metodo de la reivindicacion 1 o 2, en el que el molde (52) es acero inoxidable resistente a corrosion.
  4. 4. Metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que las fuerzas crean una presion de enlace por difusion en el area de contacto fntimo de al menos 200 x 104 Pa (300 psi).
  5. 5. Metodo de la reivindicacion 4, en el que la presion es 200 x 800 x 104 Pa (300-1.200 psi).
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