ДИФФУЗИОННОЕ СОЕДИНЕНИЕ

1. Способ формирования детали, которая содержит первый компонент и второй компонент, и эти два компонента диффузионно соединены вместе, при этом способ включает:
получение первого компонента, причем первый компонент конфигурируется как компонент со стороны давления и содержит первую рабочую поверхность соединения;
получение отдельного второго компонента, второй компонент конфигурируется как компонент со стороны разрежения и содержит вторую рабочую поверхность соединения;
получение оправки, при этом оправка содержит первую поверхность, имеющую контур, который совпадает по меньшей мере с частью первого компонента, и вторую поверхность, имеющую контур, который совпадает по меньшей мере с частью второго компонента;
позиционирование первого и второго компонентов на оправке таким образом, что первая рабочая поверхность соединения и вторая рабочая поверхность соединения находятся в положении взаимного совмещения встык;
соединение первого компонента со вторым компонентом в отдельных положениях вдоль продольной длины первого и второго компонентов и в положении, которое отделено некоторым расстоянием от первой и второй рабочих поверхностей соединения;
позиционирование соединенных первого и второго компонентов вместе с оправкой в узле штампа, причем узел штампа содержит первый штамп, второй штамп и множество элементов крепления для разъемного соединения первого штампа со вторым штампом, где первый и второй штампы, сформированы из первого материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения, элементы крепления сформированы из второго материала, имеющего второй, меньший, коэффициент теплового расширения, и по меньшей мере один из указанных первого и второго компонентов сформирован из материала, имеющего композицию, отличную от указанного первого и второго штампов и указанных элементов крепления;
помещение узла штампа в вакуумную печь для цикла диффузионного соединения;
откачку печи от газов, которые могут загрязнять и отрицательно влиять на диффузионное соединение между первым и вторым компонентами;
повышение температуры печи до заданной температуры;
приложение однородного давления вдоль поверхности раздела между первой и второй рабочими поверхностями соединения первого и второго компонентов;
поддержание уровня вакуума, температуры и давления в печи в течение заданного периода времени для формирования диффузионного соединения между первой и второй рабочими поверхностями соединения; и
удаление узла штампа, содержащего диффузионно соединенные первый и второй компоненты, из печи.
2. Способ по п.1, в котором указанная стадия приложения однородного давления включает использование заполненного газом контейнера, сформированного из гибкого листового материала, причем контейнер позиционируется между одним из первого и второго компонентов и одним из первого и второго штампов, и давление в контейнере контролируют при заданном давлении и поддерживают в течение заданного периода времени, при этом контейнер обеспечивает однородную нагрузку на поверхность раздела между первой и второй рабочими поверхностями соединения первого и второго компонентов во время указанного формирования указанного диффузионного соединения между первой и второй рабочими поверхностями соединения.
3. Способ по п.2, дополнительно включающий формирование углубленной части на внутренней поверхности одного из первого и второго штампов и помещение по меньшей мере части контейнера в ней для осуществления перехода для соединения.
4. Способ по п.1, в котором указанная стадия приложения однородного давления включает использование первого материала и второго материала соответствующих первого и второго штампов и множества элементов крепления, причем повышение температуры в печи заставляет первый и второй штампы расширяться с большей скоростью, чем множество элементов крепления, и множество элементов крепления ограничивает расширение первого и второго штампов во время указанного формирования указанного диффузионного соединения между первой и второй рабочими поверхностями соединения.
5. Способ по п.3, в котором указанная стадия приложения однородного давления включает использование первого материала и второго материала соответствующих первого и второго штампов и множества элементов крепления, причем повышение температуры в печи заставляет первый и второй штампы расширяться с большей скоростью, чем множество элементов крепления, и множество элементов крепления ограничивает, расширение первого и второго штампов во время указанного формирования указанного диффузионного соединения между первой и второй рабочими поверхностями соединения.
6. Способ по п.1, дополнительно включающий получение по меньшей мере двух элементов крепления с различной длиной.
7. Способ по п.5, дополнительно включающий получение по меньшей мере двух элементов крепления с различной длиной.
8. Способ по п.1, дополнительно включающий изготовление первого и второго компонентов из заготовки в виде пластины из титанового сплава, при этом по меньшей мере один из первого и второго компонентов имеет непланарную форму.
9. Способ по п.7, дополнительно включающий изготовление первого и второго компонентов из заготовки в виде пластины из титанового сплава, при этом по меньшей мере один из первого и второго компонентов имеет непланарную форму.
10. Способ по п.1, дополнительно включающий изготовление множества элементов крепления из сплава Haynes 230, и по меньшей мере один из указанного первого и второго компонентов штампа формируют из материала нержавеющей стали для литья, имеющего более высокое содержание углерода, чем стандартная нержавеющая сталь для литья 309.
11. Способ по п.9, дополнительно включающий изготовление множества элементов крепления из сплава Haynes 230, и по меньшей мере один из указанного первого и второго компонентов штампа формируют из материала нержавеющей стали для литья, имеющего более высокое содержание углерода, чем стандартная нержавеющая сталь для литья 309.
12. Способ по п.1, в котором температура печи во время формирования указанного диффузионного соединения между первой и второй рабочими поверхностями соединения составляет не более чем примерно 1720°F (938°C), при этом температуру удерживают выше, чем примерно 1550°F (843°C) в течение до примерно 170 мин.
13. Способ по п.11, в котором температура печи во время формирования указанного диффузионного соединения между первой и второй рабочими поверхностями соединения составляет не более чем примерно 1720°F (938°C), при этом температуру удерживают выше, чем примерно 1550°F (843°C) в течение до примерно 170 мин.
-4
14. Способ по п.1, в котором вакуум в печи составляет по меньшей мере примерно 5·10 Top.
-4
15. Способ по п.13, в котором вакуум в печи составляет по меньшей мере примерно 5·10 Тор.
16. Способ по п.1, в котором температура печи во время формирования указанного диффузионного соединения между первой и второй рабочими поверхностями соединения составляет не более чем примерно 1720°F (938°C), при этом температуру удерживают выше, чем примерно 1550°F (843°C) в течение до примерно 170 мин, и давление в контейнере во время формирования диффузионного соединения между первой и второй рабочими поверхностями соединения повышают, а затем поддерживают по меньшей мере при 90 фунт/кв.дюйм (6,2 бар) в течение по меньшей мере примерно 50 мин, затем повышают, и затем поддерживают при не более чем примерно 260 фунт/кв.дюйм (18 бар) в течение по меньшей мере примерно 50 мин, а затем понижают и поддерживают при не более чем 210 фунт/кв.дюйм (14,5 бар) в течение остальной части цикла диффузионного соединения.
17. Способ по п.15, в котором температура печи во время формирования указанного диффузионного соединения между первой и второй рабочими поверхностями соединения составляет не более чем примерно 1720°F (938°C), при этом температуру удерживают выше, чем примерно 1550°F (843°C) в течение до примерно 170 мин, и давление в контейнере во время формирования диффузионного соединения между первой и второй рабочими поверхностями соединения повышают, а затем поддерживают по меньшей мере при 90 фунт/кв.дюйм (6,2 бар) в течение по меньшей мере примерно 50 мин, затем повышают, и затем поддерживают при не более чем примерно 260 фунт/кв.дюйм (18 бар) в течение по меньшей мере примерно 50 мин, а затем понижают и поддерживают при не более чем 210 фунт/кв.дюйм (14,5 бар) в течение остальной части цикла диффузионного соединения.
18. Способ по п.1, дополнительно включающий позиционирование соединенных первого и второго компонентов и оправки на одном из первого и второго штампов и скрепление со свободной посадкой первого штампа со вторым штампом, причем указанный первый и второй штампы являются скрепленными друг с другом со свободной посадкой до тех пор, пока давление в контейнере не повышают.
19. Способ по п.17, дополнительно включающий позиционирование соединенных первого и второго компонентов и оправки на одном из первого и второго штампов и скрепление со свободной посадкой первого штампа со вторым штампом, причем указанный первый и второй штампы являются скрепленными друг с другом со свободной посадкой до тех пор, пока давление в контейнере не повышают.
20. Способ по п.1, дополнительно включающий получение по меньшей мере двух выступов на первом компоненте и по меньшей мере двух выступов на втором компоненте и совмещение по меньшей мере двух выступов первого и второго компонентов на оправке, и соединение по меньшей мере двух выступов первого компонента по меньшей мере с двумя выступами второго компонента так, что первый компонент со вторым компонентом соединяются в отдельных положениях вдоль продольной длины первого и второго компонентов и в положении, которое отделено некоторым расстоянием от первой и второй рабочих поверхностей соединения.
21. Способ по п.19, дополнительно включающий получение по меньшей мере двух выступов на первом компоненте и по меньшей мере двух выступов на втором компоненте и совмещение по меньшей мере двух выступов первого и второго компонентов на оправке, и соединение по меньшей мере двух выступов первого компонента по меньшей мере с двумя выступами второго компонента так, что первый компонент со вторым компонентом соединяются в отдельных положениях вдоль продольной длины первого и второго компонентов и в положении, которое отделено некоторым расстоянием от первой и второй рабочих поверхностей соединения.
22. Способ по п.1, дополнительно включающий покрытие оправки и первого и второго штампов разделительным составом.
23. Способ по п.21, дополнительно включающий покрытие оправки и первого и второго штампов разделительным составом.
24. Способ диффузионного соединения, включающий:
получение первого компонента, содержащего первую рабочую поверхность соединения, имеющую волнообразную форму;
получение второго компонента, содержащего вторую рабочую поверхность соединения, имеющую волнообразную форму;
подготовку и очистку совмещаемых первой и второй рабочих поверхностей соединения, которые должны диффузионно соединяться, до заданного состояния, при котором становится возможным диффузионное соединение вдоль поверхности раздела между поверхностями;
соединение первого компонента со вторым компонентом в отдельных положениях вдоль продольной длины первого и второго компонентов и в положении, которое отделено некоторым расстоянием от первой и второй рабочих поверхностей соединения, так что первая и вторая рабочие поверхности соединения находятся в положении взаимного совмещения встык;
получение узла штампа для диффузионного соединения, конфигурированного для разъемного соединения соединенных компонентов в нем, причем узел штампа содержит первый штамп, второй штамп и множество элементов крепления для разъемного соединения первого штампа со вторым штампом;
покрытие узла штампа и выбранных частей первого и второго компонентов разделительным составом, при этом покрытие отсутствует на первой и второй рабочих поверхностях для соединения;
размещение первого и второго компонентов с первой и второй рабочими поверхностями соединения в положении взаимного совмещения встык в узле штампа;
помещение узла штампа в вакуумную печь в течения цикла диффузионного соединения;
откачку печи от газов, которые могут загрязнять и отрицательно влиять на диффузионное соединение между первым и вторым компонентами;
повышение температуры печи до первой температуры;
поддержание первой температуры в течение заданного периода времени;
повышение температуры печи до второй температуры, причем указанная вторая температура больше, чем первая температура;
поддержание второй температуры в течение заданного периода времени;
приложение первого давления при второй температуре вдоль поверхности раздела первого и второго компонентов в течение заданного периода времени;
повышение прикладываемого давления до второго давления, причем казанное второе давление больше, чем первое давление;
приложение второго давления при второй температуре вдоль поверхности раздела первого и второго компонентов в течение заданного периода времени;
понижение прикладываемого давления до третьего давления, причем указанное третье давление больше, чем первое давление;
приложение третьего давления при второй температуре вдоль поверхности раздела первого и второго компонентов в течение заданного периода времени;
понижение температуры печи до третьей температуры, причем третья температура меньше, чем первая температура; и
удаление узла штампа, содержащего диффузионно соединенные первый и второй компоненты, из печи.
25. Способ по п.24, в котором стадия приложения однородного давления включает использование заполненного газом контейнера, сформированного из материала гибкого металлического листа, при этом контейнер обеспечивает однородную нагрузку на поверхность раздела первого и второго компонентов.
26. Способ по п.24, в котором материал первого и второго компонентов отличается от материала первого и второго штампов, а указанный материал указанных креплений отличается от первого и второго штампов и от первого и второго компонентов, при этом первый и второй штампы формируют из первого материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения, и элементы крепления формируют из второго материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения, меньший, чем коэффициент теплового расширения первого материала.
27. Способ по п.24, в котором стадия приложения однородного давления включает использование первого и второго штампов и множества элементов крепления, при этом повышение температуры в печи заставляет первый и второй штампы расширяться при большей скорости, чем множество элементов крепления, а множество элементов крепления ограничивает расширение первого и второго штампов, что, в свою очередь, по меньшей мере частично заставляет первый и второй штампы обеспечивать однородную нагрузку на поверхность раздела первого и второго компонентов.
28. Способ по п.24, в котором первый компонент и второй компонент формируют из титанового сплава для литья, а первый и второй компоненты штампа формируют из материала нержавеющей стали для литья, имеющей более высокое содержание углерода, чем стандартная нержавеющая сталь для литья 309.
29. Способ по п.24, в котором первая температура составляет от примерно 1500°F до примерно 1550°F (816-843°C), и давление в контейнере не повышают при первой температуре.
30. Способ по п.24, в котором вторая температура составляет от примерно 1685°F до примерно 1715°F (918-935°C), и температуру удерживают в течение от приблизительно 150 до приблизительно 170 мин, при этом первое прикладываемое давление составляет от примерно 90 фунт/кв.дюйм до примерно 110 фунт/кв.дюйм (6,2-7,6 бар) в течение приблизительно 50-60 мин, второе прикладываемое давление составляет от примерно 240 фунт/кв.дюйм до примерно 260 фунт/кв.дюйм (16,5-17,9 бар) в течение приблизительно 50-60 мин, и третье прикладываемое давление составляет от примерно 190 фунт/кв.дюйм до примерно 210 фунт/кв.дюйм (13-14,5 бар) в течение остальной части цикла диффузионного соединения.
31. Способ по п.24, в котором третья температура составляет по меньшей мере примерно 1000°F (538°C).
32. Способ по п.24, в котором вторая температура составляет от примерно 1685°F (918°C) до примерно 1715°F (935°C), и температуру удерживают в течение от приблизительно 150 до приблизительно 170 мин, при этом первое прикладываемое давление составляет от примерно 90 фунт/кв.дюйм до примерно 110 фунт/кв.дюйм (6,2-7,6 бар) в течение приблизительно 50-60 мин, второе прикладываемое давление составляет от примерно 190 фунт/кв.дюйм до примерно 210 фунт/кв.дюйм (13-14,5 бар) в течение приблизительно 50-60 мин, и третье прикладываемое давление составляет от примерно 140 фунт/кв.дюйм до примерно 160 фунт/кв.дюйм (9,7-11 бар) в течение остальной части цикла диффузионного соединения.
33. Способ по п.24, в котором третья температура составляет по меньшей мере примерно 1200°F (649°C).
34. Способ по п.24, в котором стадия нанесения покрытия включает распыление над узлом штампа спрея с нитридом бора.
35. Способ по п.24, дополнительно включающий проверку с помощью ультразвука области соединения диффузионно соединенных первого и второго компонентов.
36. Узел штампа для диффузионного соединения, предназначенный для диффузионного соединения первого компонента, имеющего непланарную первую рабочую поверхность соединения, со вторым компонентом, имеющим непланарную вторую рабочую поверхность соединения, при этом узел штампа для диффузионного соединения содержит:
оправку, конфигурированную для разъемного удерживания первого и второго компонентов, причем первая рабочая поверхность соединения и вторая рабочая поверхность соединения находятся в положении взаимного совмещения встык на оправке;
верхний штамп, содержащий верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, причем нижняя поверхность содержит первую часть, конфигурированную для зацепления с оправкой, и вторую часть, конфигурированную для совмещения с одним из первого и второго компонентов;
нижний штамп, содержащий верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, верхняя поверхность содержит первую часть, конфигурированную для зацепления оправки, и вторую часть, конфигурированную для совмещения с одним из первого и второго компонентов;
гибкий пневматический контейнер, сконструированный по меньшей мере для частичного помещения между одним из верхнего и нижнего штампов и одной из первой и второй рабочих поверхностей соединения первого и второго компонентов; и
множество элементов крепления для соединения верхнего штампа с нижним штампом, причем множество креплений сконфигурировано для ограничения расширения верхнего и нижнего штампов во время цикла диффузионного соединения, где верхний и нижний штампы сформированы из первого материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения, и элементы крепления сформированы из второго материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения, который меньше, чем первый коэффициент теплового расширения.
37. Узел штампа по п.36, в котором верхний и нижний штампы сформированы из материала нержавеющей стали для литья, имеющей более высокое содержание углерода, чем стандартная нержавеющая сталь для литья 309.
38. Узел штампа по п.36, в котором верхний штамп содержит множество первых вырезов, и нижний штамп содержит множество соответствующих вторых вырезов, причем первый и второй вырезы имеют такие размеры, чтобы принимать по меньшей мере часть элементов крепления.
39. Узел штампа по п.36, в котором оправка содержит множество вырезов, чтобы принимать по меньшей мере часть элементов крепления.
40. Узел штампа по п.36, в котором каждый элемент крепления имеет заданную длину, причем длина элемента крепления зависит от положения его установки на верхнем и нижнем штампах, и множество креплений имеет отличающуюся длину.
41. Узел штампа по п.36, в котором нижняя поверхность верхнего штампа содержит углубленную часть, и по меньшей мере часть пневматического контейнера располагается в углубленной части для осуществления перехода для соединения.
42. Узел штампа по п.36, в котором оправка содержит основание и консоль, простирающуюся из основания, при этом консоль содержит первую поверхность и противоположную вторую поверхность, причем по меньшей мере часть первого компонента разъемно соединена с первой поверхностью, по меньшей мере часть второго компонента разъемно соединена со второй поверхностью, консоль оправки содержит дугообразную конечную часть, и дугообразный конец зацепляется с частью первого компонента для разъемного удерживания первого компонента на оправке.
43. Деталь, сформированная с помощью диффузионного соединения, при этом деталь содержит первый компонент, содержащий первую рабочую поверхность соединения, вторую поверхность, смещенную по отношению к первой поверхности с помощью соединительной дугообразной стенки, и третью поверхность, противоположную к первой и второй поверхностям; второй компонент, содержащий первую поверхность и вторую поверхность, причем секция второй поверхности формирует вторую рабочую поверхность соединения, которая соединяется с первой рабочей поверхностью соединения первого компонента; при этом первая рабочая поверхность соединения и вторая рабочая поверхность соединения имеют лентообразную форму; и первая и вторая рабочие поверхности соединения диффузионно соединены друг с другом; причем первый компонент содержит первую секцию и вторую секцию, и первый компонент в целом искривляется вдоль двух противоположных диаметров от первой секции до второй секции; а второй компонент содержит первую секцию и вторую секцию, и второй компонент в целом искривляется вдоль двух противоположных диаметров от первой секции до второй секции.
44. Деталь по п.43, в которой первая и третья поверхности вместе определяют первую секцию первого компонента, и вторая и третья поверхности вместе определяют вторую секцию первого компонента, причем первая секция увеличивается по толщине, когда переходит во вторую секцию, а вторая секция уменьшается по толщине, когда простирается из первой секции.
45. Деталь по п.43, в которой первая секция второго компонента имеет постоянную толщину, а вторая секция второго компонента имеет уменьшающуюся толщину.
46. Деталь по п.43, дополнительно содержащая бортик, причем бортик соединяет стенку и первую поверхность, и конечная часть бортика является смещенной по отношению к первой поверхности.