[發明專利]一種鈦合金氣瓶半球體熱等靜壓成形方法

有效

• 申請號: 201810898438.4
• 申請日: 2018-08-08
• 公開（公告）號: CN108971495B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 郎利輝;肖毅;徐文才;李世越;馬丁
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B22F3/15
• 分類號: B22F3/15;B22F5/00;B22F3/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種鈦合金氣瓶半球體熱等靜壓成形方法。該方法包括模具的制備、包套制備和球形粉末的選擇、熱等靜壓預處理、熱等靜壓過程控制和后期處理等步驟。本發明提出的鈦合金氣瓶半球體熱等靜壓成形方法采用熱等靜壓技術對鈦合金粉末進行燒結、成形，采取內部模具和外部包套配合的方式，成形鈦合金零件的特征。這種方法能夠完成零件特征成形，實現近凈成形，提升零件的成形效率，減少后期機加工的處理，縮短加工周期，降低成形零件的成本。

技術領域

本發明屬于鈦合金成形制造領域，特別是涉及鈦合金氣瓶制造方面。

背景技術

熱等靜壓技術(HIP)是一種采用金屬或者玻璃材料作為包套，在高溫下利用密閉高壓容器內的超高壓氣體壓力對粉末進行固結成形的先進高溫高壓粉末成形技術。鈦合金作為一種優良的輕金屬合金材料被廣泛應用于航空航天領域中，但是由于傳統加工方式存在著眾多的不足，普遍存在成形困難的問題。HIP技術由于機加工少、材料利用率高、加工效率高，可以實現近凈成形、成形零件性能優異等優點，在航空航天制造領域得到了越來越廣泛的應用。

在成形鈦合金氣瓶半球體零件時，若采用傳統機加工工藝，不但費時，而且材料浪費嚴重，復雜結構甚至無法制造。鑄造能成形復雜結構并提高材料利用率，但鈦合金的鑄造工藝非常復雜，制件性能難以控制且內部存在氣孔、空洞等缺陷；鍛造可有效提高制件性能，但需要昂貴的精密模具和大型的專用裝備，制造成本高。而采用內形模具和外形模具配合的熱等靜壓技術，成形相關鈦合金零件，可以克服以上工藝的缺點，并實現后期少加工或無加工的目的。

發明內容

本發明提供的鈦合金氣瓶半球體熱等靜壓成形方法包括按順序進行的下列步驟：

1)根據鈦合金氣瓶半球體零件的特征設計出相應的內部模具與底板，并將底板與內部模具一體化制造。

2)根據零件形狀設計制備出合理的包套，為便于焊接及節省材料，包套采用隨形設計，形狀為一個半球形，并在包套上開出相應的抽真空孔。

3)根根據鈦合金氣瓶半球體零件的材料需求，制備出球形鈦合金粉末。

4)內部模具和底板與粉末接觸的表面輪廓覆蓋一層石墨紙。為了防止在運輸、熱等靜壓等過程中包套發生移動，將包套與底板通過焊接的方式固定。

5)內部模具和底板與包套形成粉末的存儲空間，然后將上述制備好的球形鈦合金粉末裝入空間內，并通過機械振動使其密實。

6)將抽氣管放置在包套開孔處，并封焊好。

7)將上述裝有模具的包套放置在加熱爐中加熱，并利用抽真空的設備通過抽氣管對包套內部進行抽真空處理。完成后夾斷抽氣管并封焊。

8)將上述已經抽真空的包套放置在熱等靜壓設備中，在高溫高壓下使球形鈦合金粉末燒結成形，在內外部模具的作用下，形成鈦合金半球體零件的特征。

9)利用機械加工的方法去除包套，利用常規的機加工方法加工出鈦合金零件的外部形狀，由此得到鈦合金氣瓶半球體零件的半成品。

10)再經過機械精加工，最終成形符合要求的鈦合金零件。

11)所述步驟1中內部模具和底板的材料為304不銹鋼材料，內部模具與底板一體化制造；內部模具表面進行拋光處理，使表面光滑。

12)所述步驟2中外部包套的材料為304不銹鋼材料，包套與底板通過焊接的方式固定。

13)所述步驟3中球形粉末材料為Ti-6Al-4V。

14)所述步驟7中加熱爐的溫度為350℃-400℃，包套內部的真空度達到10^-3Pa以下，此過程中包套不可倒置。