[发明专利]金属分级构筑成形方法

说明书

本发明公开金属分级构筑成形方法：首先使用常规构筑方法进行一级构筑，获得下一级构筑的毛坯基元。之后进行N级构筑，将两个毛坯基元堆垛成预定形状；将堆垛成预定形状的两个毛坯基元封装成预制坯；通过锻焊使得两个毛坯基元之间的界面焊合以将预制坯制成毛坯；将毛坯锻造至所需形状，作为N+1级构筑的毛坯基元；重复以上步骤以实现多级构筑，制备更大型的毛坯。在执行所述N级构筑步骤时，如果在通过锻焊使得两个毛坯基元之间的界面焊合以将预制坯制成毛坯的过程中，两个毛坯基元之间的界面没能够完全焊合，能够将两个毛坯基元锻造回到N‑1级构筑结束时毛坯基元的尺寸，以进行再一次的重新构筑。在每次N级构筑过程中预制坯中仅存在一个界面。

技术领域

本发明涉及一种金属材料制造方法，具体来说是通过分级构筑方式实现金属或金属基材料成形的加工方法。该方法不但适用于同质材料的均质化制造，而且还适用于异质材料的复合制造。

背景技术

金属材料是人类历史发展中最不可或缺的材料，基于其得天独厚的廉价性、强韧性、耐久性等特点，金属在当代材料工业中始终占据主导地位。经过数千年的积累，人类已掌握一整套相当成熟的金属材料生产技术，例如传统的钢铁生产历经冶炼、浇铸、压力加工和热处理工序，产品质量稳定，价格低廉。近年来出现的金属基复合材料结合了金属材料与非金属材料的优点，具有比重小、比强度高等特点，进一步拓宽了金属材料的应用范围。

一些关键领域对复合界面的结合强度要求较高，传统的爆炸复合方式由于在常温下压力复合，界面上存在显微缺陷，已难以满足要求，需要开发更加可靠、更加安全的新的金属复合方法。

金属构筑成形方法，是一种采用多块体积更小的金属坯作为构筑基元制成大型金属坯的增材制造方法。该方法通过制备多个基元、将多个基元堆垛成预定形状、将堆垛成预定形状的多个基元封装成预制坯、通过锻焊使得多个基元之间的界面焊合以将预制坯制成毛坯等步骤实现使用较小的铸坯、锻坯或轧坯制造大型锻件的目的。然而，在构筑坯料制造过程中，由于偶然因素如界面污染或焊缝失效造成基元之间的界面破真空而导致报废的可能性很大。对于100t以上的超大型锻件，单一界面的失效导致锻件整体报废的损失巨大，亟需通过有效的方法规避风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备大型金属材料或复合金属材料的分级构筑成形方法，首先采用常规的构筑方法进行多层铸坯、锻坯或轧坯的构筑，将构筑坯料锻焊后获得毛坯。其中锻焊是指在高温锻造过程中，通过不同基元间的原子扩散使界面充分焊合而实现冶金连接的过程。在完成常规构筑过程后，将毛坯锻造成所需形状，获得毛坯基元。将其进行表面加工和清洁后，将两个毛坯基元封装在一起，并使界面内部保持高真空状态，然后施加以镦粗大变形为特点的锻焊工艺，使两个基元结合在一起成为毛坯。可以多次重复将两件毛坯基元锻焊成一件更大的毛坯的过程，每一次构筑称为一级。进行多级构筑后，可以实现超大型锻件的制造。

本发明公开的一种金属分级构筑成形方法，其特征在于，包括：

一级构筑和N级构筑，

所述一级构筑包括如下步骤：

制备多个毛坯基元；

将多个毛坯基元堆垛成预定形状；

将堆垛成预定形状的多个毛坯基元封装成预制坯；

通过锻焊使得多个毛坯基元之间的界面焊合以将预制坯制成毛坯；

将毛坯锻造至所需形状，作为下一级构筑的毛坯基元；

所述N级构筑(N≥2)包括如下步骤：

将两个通过所述N-1级构筑形成的毛坯基元堆垛成预定形状；

将堆垛成预定形状的所述两个通过所述N-1级构筑形成的毛坯基元封装成预制坯；

通过锻焊使得所述两个通过所述N-1级构筑形成的毛坯基元之间的界面焊合以将预制坯制成毛坯；