[發明專利]連接界面具有梯度漸變結構的同質包套熱等靜壓成形方法有效

申請號：	201510577313.8	申請日：	2015-09-11
公開（公告）號：	CN105170978B	公開（公告）日：	2017-07-28
發明（設計）人：	宋波;蔡超;薛鵬舉;史玉升	申請（專利權）人：	華中科技大學
主分類號：	B22F3/105	分類號：	B22F3/105;B22F3/115
代理公司：	華中科技大學專利中心42201	代理人：	曹葆青
地址：	430074 湖北***	國省代碼：	湖北;42
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摘要：
搜索關鍵詞：	連接界面具有梯度漸變結構同質包套熱靜壓成形方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于先進制造領域，具體涉及一種熱等靜壓成形方法，該方法采用連接界面處具有梯度漸變結構的同質包套，來實現復雜高性能零部件的熱等靜壓粉末近凈成形，尤其適用制造航空航天領域具有復雜結構且性能要求高的關鍵零部件。

背景技術

熱等靜壓粉末近凈成形(Net Near Shape Hot Isostatic Pressing,NNS-HIP)是利用將高溫(700-2000℃)、高壓(70-200MPa)結合模具控形技術，使氣體介質均勻地作用在控形模具包套上實現粉末的致密與成形。熱等靜壓粉末近凈成形可實現陶瓷、硬質合金、復合材料、鈦鎳等貴重零件的粉末整體近凈成形，其零件的力學性能與同材質鍛件相當，尺寸精度高，且材料利用率超過90％，幾乎不存在材料浪費。該技術尤為適合應用在對零件性能要求很高的航空航天關鍵零部件的制造。

然而，在熱等靜壓近凈成形技術中，包套的設計與制造是關鍵技術之一，且零件越復雜越難制造，所占成本越高。目前制作HIP包套的材料主要以軟鋼為主，這是因為軟鋼有較好塑性可防止HIP過程中因包套形變較大而發生開裂，同時也能保證粉末的充分致密，此外軟鋼優異的焊接性能有效能保證焊縫的密封性能。由于HIP工藝往往用來制造如鈦合金與鎳基高溫合金等難加工貴金屬材料，所以包套材料與粉末基體材料往往不同，我們將這種包套稱為異質包套。目前，復雜形狀的包套通常是采用鑄造、鍛造或機加工等傳統加工方法首先制造出各個部件，然后焊接拼合成整體的多步驟成形。然而，該方法制造復雜形狀包套時，需要使用精密加工設備，生產周期長，制造成本高，去除包套的過程十分繁瑣，更為嚴重的是異質包套會與其接觸的制件表面發生擴散反應，污染制件，從而影響制件的表面質量與性能。

激光選區熔化(Selective Laser Melting,SLM)是3D打印技術之一，根據三維CAD數據，由計算機控制將材料逐層累加成形制造實體零件，無需刀具、夾具及多道加工工序。該技術每次成形制造二維薄層結構，大大降低了三維復雜結構的成形制造難度，理論上可成形制造任意復雜結構，屬于“自由成形制造”過程。而且零件越復雜，其成形制造的高效率作用越顯著。因此，可以利用SLM制造HIP同質包套(與基體粉材料相同)，克服復雜包套制造難的問題，同時免除異質包套去除的繁瑣過程。但是，由于SLM成形過程具有激光快熔快冷特征，因此制備的包套存在微細柱狀晶和針狀組織。熱等靜壓中粉末基體材料為離散顆粒，通過高溫高壓的作用使顆粒移動、塑性變形、擴散與蠕變致密化，并在再結晶機制驅動下形成由等軸晶與板條狀組織組成的較粗大組織。所以，SLM成形包套與熱等靜壓粉末連接界面處組織突變，直接影響了最終成形零件的性能。

發明內容

本發明目的在于提供一種同質包套熱等靜壓成形方法，該方法通過增強界面處的結合強度以保證最終制件優良的機械性能

本發明提供的一種同質包套熱等靜壓成形方法，該方法利用SLM成形出具有梯度多孔結構的同質包套，使得同質包套與粉末間出現梯度漸變且互相交叉嵌合的組織結構的界面，從而增強界面處的結合強度。

上述技術方案的改進，其具體實現過程如下：

第1步、根據制件形狀結構設計出初始包套模型，模擬預測初始包套在熱等靜壓高溫高壓作用下變形趨勢，并計算出其變形補償量，利用該變形補償量對初始包套模型進行補償，得到優化包套模型；

第2步、在優化包套模型基礎上，將包套內層設計成梯度多孔結構，然后采用三維造型軟件將同質包套結構轉化成三維CAD模型；

第3步、將三維CAD模型轉為STL文件，并將該文件的數據信息輸送到SLM快速成形機；然后，將SLM成形室抽真空，防止同質包套制造的過程中被氧化；

第4步、根據同質包套的材料，利用SLM快速成形機制造出同質包套；

第5步、往檢漏合格的同質包套內部裝入待成形的合金粉末，并震動搖實；

第6步、將上述包套置于加熱爐中，然后在高溫下利用真空設備通過抽真空管對包套內部進行抽真空處理，抽真空完成以后將抽氣管封焊；

第7步、對包套進行熱等靜壓處理；

第8步、最終制造出制件。