[發明專利]一種用于粉末高溫合金構件的快速致密化方法

有效

• 申請號: 201611022013.4
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN106378456B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 王淑云;方爽;姜濤;東赟鵬;于秋穎
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空材料研究院
• 主分類號: B22F3/17
• 分類號: B22F3/17;B22F3/10
• 代理公司: 中國航空專利中心11008
• 代理人: 陳宏林

技術領域

本發明是一種用于粉末高溫合金構件的快速致密化方法，屬于熱加工技術領域，涉及粉末高溫合金構件制備工藝的改進。

背景技術

粉末高溫合金是為了解決鑄鍛合金高合金化造成的凝固偏析和變形困難而發展起來的盤件材料。高合金化粉末高溫合金具有耐高溫、高強韌性和低裂紋擴展速率等綜合性能優異的優點，是制造高性能、高可靠性、長壽命先進航空發動機用渦輪盤等耐高溫部件的首選材料。但是，高合金化粉末高溫合金一般對溫度及其敏感，加工窗口窄，屬于難變形合金，導致在工藝執行和組織控制過程中存在一定的困難。

國外粉末高溫合金主要用來制備高性能發動機渦輪盤等熱端部件，主要采用粉末熱等靜壓+擠壓+超塑性鍛造的工藝方法制備，其工藝特點是工藝復雜，制備周期長，成本高。

發明內容

本發明正是針對上述現有國內現有技術中存在的不足而設計提供了一種用于粉末高溫合金構件的快速致密化方法，其目的是提高粉末高溫合金構件的生產效率。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

該種用于粉末高溫合金構件的快速致密化方法，其特征在于：該方法的步驟是：

步驟一、粉末錠坯制備

根據構件的體積計算制作圓柱形不銹鋼包套，不銹鋼材料的牌號為304，將高溫合金粉末填裝在包套中，對包套內部抽真空后封焊，得到圓柱狀的粉末錠坯5，在粉末錠坯5的上端通過焊接連接一個用于保護包套進粉管的上端蓋4，在粉末錠坯5的下端通過焊接連接一個與上端蓋4形狀匹配使包套受壓均勻的下端蓋6；

步驟二、制備鍛造模具

采用斷裂強度超過2000MPa的鋼材料制備鍛造模具，該鍛造模具由圓形的上模2、模具外筒3和圓形的下模墊塊1構成鍛造模具型腔，其中，圓形的下模墊塊1固定在壓機的下工作臺上，圓形的下模墊塊1的外圓周與模具外筒3的內壁緊密配合，下端蓋6的底部安裝在下模墊塊1上面，模具外筒3內套裝上模2，模具外筒3的內壁與上模2的外圓周面之間的間隙為5mm，上模2能夠在模具外筒3的內腔中上下滑動，上模2安裝在壓機的上工作臺上，上端蓋4的頂部與上模2的底部接觸，該鍛造模具中，模具外筒3的內腔直徑比粉末錠坯5的上、下端蓋的外環直徑大3mm；

步驟三、加熱粉末錠坯5

將粉末錠坯5加熱到1050℃，進行保溫，保溫時間按以下公式計算：

T_保溫時間＝L_{粉末錠坯直徑}×1.7min/mm 公式1

步驟四、粉末直接鍛造成型

將保溫后的粉末錠坯5放入鍛造模具型腔內快速鍛造成型，粉末錠坯5的轉移時間控制在1min以內，鍛造速度為17mm/s～20mm/s，在鍛造過程中，隨著安裝在壓機上工作臺上的上模2的下降，粉末錠坯5在鍛造模具型腔內向四周擴展變形，與鍛造模具型腔接觸后在三向受壓的狀態下，粉末錠坯5內的高溫合金粉末開始相互碰撞和塑性變形后成型，成型過程中的壓力為800～1300MPa，成型的保壓時間為5～60s，成型的變形量為50～60％，然后將粉末錠坯5出模，置于石棉氈中自然冷卻；

步驟五、包套去除

粉末錠坯5冷卻后，吹砂，并采用機械加工的方法去除包套，得到粉末高溫合金構件。

本發明技術方案具有的特點和有益效果是：

本發明主要針對采用熱等靜壓+等溫鍛造工藝制備粉末高溫合金構件存在鍛件制備周期長、制造成本高的技術現狀，用粉末直接鍛造成型的方法以替代原有的粉末熱等靜壓+等溫鍛造的方式，解決了制備周期長，制造成本高的問題。

本發明方法的基本原理是利用了粉末材料良好的流動性，將粉末裝到包套中預制成錠坯，然后將粉末材料加熱到再結晶溫度以上，在鍛造模具內，利用較快的變形速度和較高應力狀態力下，使粉末顆粒產生劇烈塑性變形，相比于熱等靜壓一般為10％的變形量，本技術方案中的變形量大幅度提高至50～60％，促使再結晶發生，粉末的原始顆粒邊界得到破碎，從而制備出組織致密且具有細小再結晶晶粒的粉末高溫合金構件。

本發明技術方案與與國內外粉末高溫合金環形構件的制備技術相比，其優點主要體現在：

(1)利用粉末良好的流動性，將粉末裝入預先設計好的包套內直接鍛造成型鍛坯，減少了鍛坯加工余量，提高了鍛件材料利用率；

(2)將粉末材料加熱到再結晶溫度以上，在較快變形速度和較高應力狀態力下，使粉末顆粒產生劇烈塑性變形并發生再結晶，制備出的鍛坯組織致密且具有細小再結晶晶粒；

(3)粉末裝入包套內直接鍛造成型，簡化了工藝流程，縮短了研制周期，降低構件制造成本。

附圖說明