[發明專利]一種高承壓泵體的制備方法

在審

• 申請號: 201911343885.4
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN113020599A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 史昆;趙軍;曲赫威;劉時兵;劉鴻羽;包春玲;倪嘉;寧兆生;王彥鵬
• 申請（專利權）人: 機械科學研究總院集團有限公司;沈陽鑄造研究所有限公司
• 主分類號: B22F3/15
• 分類號: B22F3/15;B22F5/10;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/12;C22C38/44
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發明公開了一種高承壓泵體的制備方法，采用熱等靜壓粉末冶金方法制備高內部質量和高表面質量復雜流道結構高承壓泵體，具體步驟為先制備粉末冶金包套所需的原材料QA低碳鋼；加工高承壓泵體成形外包套和流道型芯，通過焊接得到高承壓泵體成形包套；裝入超低間隙相TC4ELI鈦合金球形粉末進行熱等靜壓處理得到高承壓泵體。針對火箭發動機用復雜流道結構高承壓泵體部件，利用本工藝制備出的鈦合金部件，具有高內部質量、高表面質量、高尺寸精度、高性能的優點，同時相比較其他工藝方法大幅度提高了質量、縮短了生產周期、提高了生產效率。

技術領域

本發明公開了一種熱等靜壓粉末冶金工藝制備復雜流道高承壓泵體的成形方法，屬于復雜流道鈦合金構件制造技術領域。

背景技術

鈦合金因具有低密度、高比強度、耐腐蝕和良好的低溫性能等優異特性，在火箭發動機制造領域獲得了大量的應用。由鈦合金應用所帶來的減重效應，不但可以進一步改善火箭發動機的設計水平和飛行性能，亦可以節省大量的高能燃料，從而進一步降低發射成本，大幅度延長衛星的使用壽命。

目前，火箭發動機復雜流道泵體類部件廣泛采用鑄造方法成形，隨著火箭發動機性能要求越來越高，泵體流道和結構設計越來越復雜，工況條件越來越苛刻，鑄造成形方法和成形質量已經不能滿足質量要求。急需要通過一種新型的成形方法來進行復雜流道結構的一體成形，同時具有高表面質量和高內部質量的技術優勢。

粉末冶金熱等靜壓(HIP)近凈成形技術在制備各種復雜結構產品時具有極大的靈活性，不僅能夠近凈成形各種外形復雜的產品，還能制造內腔具有復雜形狀的產品，可以大幅度提高材料利用率，降低生產成本，保障零部件具有高內部質量和高表面質量，并具有批次質量穩定性的工藝優勢，是今后發展高質量零部件成形的重要工藝方法之一。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明提供了一種高承壓泵體的制備方法，采用熱等靜壓粉末冶金方法制備高內部質量和高表面質量復雜流道結構高承壓泵體。本發明方法解決的技術問題是：解決傳統鑄造工藝無法滿足整體極端復雜流道結構高承壓泵體的質量要求問題，提出采用熱等靜壓粉末冶金工藝方法制備高內部質量和高表面質量復雜流道結構高承壓泵體。

本發明的技術解決方案是：

一種高承壓泵體的制備方法，采用熱等靜壓粉末冶金方法制備高內部質量和高表面質量復雜流道結構高承壓泵體，具體步驟如下：

(1)制備出粉末冶金包套所需的原材料QA低碳鋼，材料質量分數組成：碳占0.30～0.45％，硅占0.2～0.39％，錳占0.50～0.80％，鉬占1.50～2.50％，磷≤0.040％，S≤0.040％，鉻≤0.20％，鎳≤0.20％，余量為鐵。

(2)設計高承壓泵體包套，加工高承壓泵體成形外包套和流道型芯。

(3)將步驟(2)加工得到的高承壓泵體外包套和型芯進行組合裝配并進行焊接，得到高承壓泵體成形包套；

(4)在步驟(3)得到的高承壓泵體成形包套中裝入超低間隙相TC4ELI鈦合金球形粉末，球形粉末粒徑45μm～180μm；所述超低間隙相TC4ELI鈦合金球形粉末充滿高承壓泵體成形包套空間；

TC4ELI鈦合金球形粉末成分：Al為5.5～6.8％、V為3.5～4.5％、Fe≤0.15％、Si≤0.15％、C≤0.08％、N≤0.05％、H≤0.0125％、O≤0.13％、余量為Ti。

(5)，將步驟(4)中灌粉的高承壓泵體包套，進行高溫下抽真空，真空度≤10^-3Pa，然后進行封焊；

(6)，將步驟(5)封焊后的高承壓泵體成形包套進行熱等靜壓處理，熱等靜壓工藝為940℃～960℃，120MPa～140MPa氬氣壓力，保溫2小時～3小時，爐冷至300℃以下出爐；將熱等靜壓后的高承壓泵體包套通過機械加工或化學溶解的方法進行去除，得到高承壓泵體部件。