[发明专利]铁基高温合金分流环的成型方法

说明书

技术领域

本发明属于固体火箭姿控动力系统高温压高燃气分流环的加工领域，具体涉及一种铁基高温合金分流环的成型方法。

背景技术

随着航天防务技术的快速发展，飞行器系统的长期贮存性、免维护性、快速响应性、安全无毒性等要求越来越高。液体姿控动力系统推进剂有毒、使用前加注、贮存期短等制约了装备系统的使用性能，若采用固体姿控替代液体姿控，将大大提升装备系统的使用性能。另外，液体姿控动力系统结构复杂，价格昂贵，采用固体姿控替代液体姿控也是降低成本的方向之一。固体姿控动力系统为飞行器提供俯仰、偏航、滚转、速修姿控动力。固体姿控动力系统采用固体燃气发生剂为工质源，通过固体燃气发生剂燃烧产生高温燃气，高温燃气通过推力器(电磁阀与喷管的组合体)产生姿控动力。

固体姿控动力系统由固体燃气发生器、单向阀、高温高压气瓶、减压阀、分流环、推力器、安全阀、管路、连接密封结构等组成。分流环主体结构是一个薄壁不大于3mm的空心圆环，圆环弧形管是构成分流环空心圆环的零件。分流环在工作时要承受900℃以上的高温，5MPa以上的高压，连续工作时间大于360S，使用寿命要求大于2000次。空心圆环上有一个燃气进气接头和多个燃气出气接头。为了使分流环保持高温强度和持久的耐疲劳性能，采用高温强度特别高的GH1131铁基高温合金，在900℃的高温抗拉强度可达260MPa。

目前钛合金等具有超塑性的薄壁空心圆环传统的加工方法是采用两个半圆环超塑成型和扩散连接方法。但是，铁基高温合金没有超塑性，而且，连接(或焊接)面是承受应力最大的部位，抗疲劳性差。

另外，空心圆环传统的加工方法还可以采用空心直管弯形后对接焊。但是，对于小直径薄壁的铁基高温合金空心直管，传统的穿管技术无法实现；而且，传统的直管弯形后存在外壁受拉减薄和内壁受压增厚造成壁厚不均匀的缺点。

发明内容

本发明的目的就是针对上述不足，提供一种承载能力强、抗疲劳性能好及可靠性高的铁基高温合金分流环的成型方法，克服了铁基高温合金采用传统半环对接焊抗疲劳性差、无法采用传统穿管技术加工内孔及传统的直管弯形后外壁受拉减薄和内壁受压增厚造成壁厚不均匀的缺点，解决了固体姿控动力系统分流环的加工难题。

为实现上述目的，本发明所涉及的铁基高温合金分流环的成型方法，包括如下步骤：

1)将分流环等分成N份形成N个分流环单元，每个分流环单元包括圆环弧形管及分流接头，2≤N≤6且N为自然数；设定D为圆环弧形管的内径、d为圆环弧形管的外径、t为圆环弧形管的壁厚、R为圆环弧形管的中心半径；

2)加工圆环弧形管及分流接头，且圆环弧形管上开有与分流接头对焊接的安装孔；

3)将分流接头与圆环弧形管焊接形成分流环单元；

4)将焊接完成的分流环单元依次进行X射线探伤和去应力退火处理；

5)将经过步骤4)退火处理的N个分流环单元对焊接形成分流环坯件；

6)将分流环坯件依次进行X射线探伤和去应力退火处理后形成铁基高温合金分流环。

进一步地，所述步骤2)中，圆环弧形管加工的具体过程如下：

21)加工直管坯料，长度L＝2Rπ/N+A、内孔直径D₁＝D/B、壁厚t₁＝{[(D+2t)²-D²+D₁²]^1/2-D}/2，其中：A取值20～30mm、B取值1.1～1.5；

22)胀形弯曲复合成型，采用室温成型工艺将直管坯料放入成型模具中成型，其中：成型模具的芯模包括芯模圆柱段、芯模校正圆弧段及连接芯模圆柱段和芯模校正圆弧段的芯模过渡段，芯模圆柱段直径d₁小于直管坯料内孔直径D₁，芯模校正圆弧段直径d₂＝D+Δ，Δ为直管坯料内孔直径的弹性伸长量，芯模校正圆弧段的中心半径为R，芯模过渡段直径从d₁连续递增至d₂；

直管坯料套置在芯模的芯模圆柱段上，将芯模固定在成型模具中，推动直管坯料使直管坯料滑出芯模圆柱段，且采用后一个直管坯料成型时推前一个成型零件直至前一个成型零件从芯模上滑出的方法形成圆环弧形管坯料；

23)将圆环弧形管坯料进行消除应力热处理；

24)对经过步骤23)处理的圆环弧形管坯料进行直径方向整形和厚度方向整形得到所需的圆环弧形管。