CN104493167A - 一种粉末高温合金环形件的成形方法 - Google Patents

一种粉末高温合金环形件的成形方法 Download PDF

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王淑云
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Abstract

本发明属于材料的热加工领域，涉及一种粉末高温合金环形件的成形方法。其过程是：氩气雾化制备高温合金粉末，制作环形包套；将高温合金粉末填装环形包套，抽真空后封焊后进行热等静压成环形锭坯；制作挤压润滑玻璃垫；将环形锭坯放在电阻加热炉中加热并保温结束时，把玻璃垫放入挤压模具中，然后放入将环形锭坯取出迅速放入挤压模具中，然后放入热挤压垫，利用挤压机进行挤压，获得粉末高温合金挤压环形件。本发明可细化粉末高温合金晶粒，并有效破碎粉末高温合金中的夹杂物和原始颗粒边界缺陷，获得均匀、细小、纯净的粉末高温合金挤压环形件。

Description

一种粉末高温合金环形件的成形方法
技术领域
本发明属于材料的热加工领域，涉及一种粉末高温合金环形件的成形方法。
背景技术
粉末高温合金是目前航空、航天、船舶等领域用高性能发动机高温部件的首先材料。粉末高温合金生产工艺带来的主要冶金缺陷为异相陶瓷夹杂、热诱导孔洞和原始颗粒边界，其中，陶瓷夹杂和热诱导孔洞通过严格控制生产工艺技术可以得到有效解决，而原始颗粒边界缺陷是沿原粉末颗粒边界析出的碳化物或氧化物构成的网状组织，需要通过大变形的方法来解决，而热挤压技术就是解决方法之一。
目前，针对粉末高温合金部件所采取的方法是热等静压、热等静压+机械加工、或热等静压+等温锻造成形，由于在热等静压时，合金材料所受压力限制，存在于粉末合金内部的缺陷无法得到有效解决，对其直接使用或是机械加工后使用都存在较大风险。采用热等静压+等温锻造虽利用等温锻造进行了多次变形，但由于等温锻造为单向变形，只对粉末合金内部缺陷在轴向起到了一定的改善作用，其改善效果有限。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提供了一种粉末高温合金环形件的热挤压成形方法，采用该方法能够获得均匀、细小、纯净的粉末高温合金挤压环形件。
本发明的技术解决方案是，
一、氩气雾化制备高温合金粉末，粉末粒度-150目～+250目；
二、根据被成形件的形状、尺寸制作热挤压环形包套，将高温合金粉末填装在热挤压环形包套中，抽真空后封焊；
三、将热挤压环形包套进行热等静压得到环形锭坯5。
四、制作挤压润滑用的玻璃垫6，利用模具将混合好的原料压制成内腔形状尺寸与挤压模芯7外形相匹配的玻璃垫6；所述玻璃垫6的原料的化学成分及重量百分比为：玻璃粉85～90％，水玻璃3～5％，其余为水；
五、将步骤三所制备的环形锭坯5在炉温＜600℃时，装入电阻加热炉中，升温至800℃～950℃，在恒温下进行保温，保温时间按环形锭坯5壁厚0.6～0.8min/mm计算，然后，再随炉升温至1080℃，恒温下继续保温，保温时间按环形锭坯5壁厚0.8～1min/mm计算；
六、将挤压机的挤压筒3加热到温度为150℃～400℃，把玻璃垫6放入挤压筒3中，将保温结束的环形锭坯5取出迅速放入挤压筒3内，然后放入热挤压垫4，挤压机的挤压芯杆2推进到限定位置后，挤压机的挤压杆1推进进行挤压，获得粉末高温合金挤压环形件，所述的挤压比为5～15，所述的挤压速率为20mm/s～100mm/s。
氩气雾化制备高温合金粉末的粉末粒度为-150目。
制作热挤压环形包套的材料为0Cr18Ni9或20号钢。
制作玻璃垫6的原料的化学成分及重量百分比为：玻璃粉90％，水玻璃5％，水5％。
在炉温＜600℃时将环形锭坯5装入加热炉中，升温至850℃，环形锭坯5在恒温下进行保温，保温时间按0.8min/mm计算，然后再随炉升温至1080℃，环形锭坯5在恒温下继续保温，保温时间按1min/mm计算。
所述挤压筒3的加热温度为300℃。
所述挤压机进行挤压有挤压比为10，挤压速率为60mm/s。
本发明具有的优点和有益效果为：
本发明根据被成形件形状和尺寸而制作的环形包套进行热等静压，获得与热挤压相匹配的粉末高温合金环形锭坯。通过在热挤压过程中对挤压润滑用玻璃垫的合理设计及使用，以及成形工艺参数的合理选择，获得外观质量完整的粉末高温合金挤压环形件。通过热挤压工艺的实施，使粉末高温合金在挤压三向应力作用下发挥出最大的塑性变形，进一步使热等静压后的粉末高温合金颗粒细化和颗粒间焊合，有效破碎和分散了存在于粉末高温合金中的非金属夹杂物和原始颗粒边界等缺陷，获得内部组织均匀、细小、纯净的粉末高温合金环形件，提高了粉末高温合金环形件的综合性能。
本发明将热等静压与热挤压工艺有机的结合在一起，明显改善了粉末高温合金成形特性和内部冶金质量，充分地保证了粉末高温合金的使用的安全性。
附图说明
图1是本发明粉末高温合金环形件热挤压合模状态图。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
参见附图1所示，该方法的步骤如下：
一、氩气雾化制备高温合金粉末，粉末粒度-150目～+250目。
二、制作热挤压环形包套，将高温合金粉末填装热挤压环形包套，抽真空后封焊；所述的制作环形包套的材料优选0Cr18Ni9或20号钢。
三、将热挤压环形包套进行热等静压得到环形锭坯5。
四、制作挤压润滑玻璃垫6，利用模具将混合好的玻璃垫6的制作原料压制成内腔形状尺寸与挤压模芯7外形相匹配的玻璃垫6；所述的制作玻璃垫6的原料的化学成分及重量百分比为：玻璃粉85～90％，水玻璃3～5％，其余为水。优选的化学成分及重量百分比为：玻璃粉90％，水玻璃5％，水5％。
五、将步骤三所制备的环形锭坯5在电阻加热炉中加热，要求是在炉温＜600℃时将环形锭坯5装入加热炉中，升温至800℃～950℃，环形锭坯5在恒温下进行保温，保温时间按环形锭坯5壁厚0.6～0.8min/mm计算，然后再随炉升温至1080℃，坯料在恒温下继续保温，保温时间按环形锭坯5壁厚0.8～1min/mm计算；
六、将挤压机的挤压筒3加热到温度为150℃～400℃，把玻璃垫6放入挤压模筒3中，将保温结束的环形锭坯5取出迅速放入挤压筒3内，然后放入热挤压垫4，挤压机的挤压芯杆2推进到限定位置后，挤压机的挤压杆1推进进行挤压，获得粉末高温合金挤压环形件，所述的挤压比为10～20，所述的挤压速率为20mm/s～100mm/s。
七、将挤压获得的粉末高温合金环形件充分冷却后机械加工去除包覆在外表面的包套材料。
实施例
一、氩气雾化制备高温合金粉末，粉末粒度-150目。
二、制作热挤压环形包套，尺寸为Φ300×Φ50×100mm，将高温合金粉末填装热挤压环形包套，抽真空后封焊；所述的制作环形包套的材料为0Cr18Ni9。
三、将热挤压环形包套进行热等静压得到环形锭坯5。
四、制作挤压润滑玻璃垫6，利用模具将混合好的玻璃垫6的制作原料压制成内腔形状尺寸与挤压模芯7外形相匹配的玻璃垫6；所述的制作玻璃垫6的原料的化学成分及重量百分比为：玻璃粉90％，水玻璃5％，水5％。
五、将步骤三所制备的环形锭坯5在电阻加热炉中加热，要求是在炉温400℃时将环形锭坯5装入加热炉中，升温至850℃，环形锭坯5在恒温下进行保温，保温时间50min，然后再随炉升温至1080℃，坯料在恒温下继续保温，保温时间70min；
六、将挤压筒3加热到300℃，把玻璃垫6放入挤压模筒3中，将保温结束的环形锭坯5取出迅速放入挤压筒3内，然后放入热挤压垫4，挤压芯杆3推进到限定位置后，挤压杆1以80mm/s的速率推进进行挤压，获得粉末高温合金挤压环形件，其尺寸为Φ100×Φ50×Lmm，挤压比为11。
七、将挤压获得的粉末高温合金环形件充分冷却后机械加工去除包覆在外表面的包套材料。

Claims (7)

1.一种粉末高温合金环形件的成形方法，其特征在于：该方法的步骤如下：
一、氩气雾化制备高温合金粉末，粉末粒度-150目～+250目；
二、根据被成形件的形状、尺寸制作热挤压环形包套，将高温合金粉末填装在热挤压环形包套中，抽真空后封焊；
三、将热挤压环形包套进行热等静压得到环形锭坯(5)；
四、制作挤压润滑用的玻璃垫(6)，利用模具将混合好的原料压制成内腔形状尺寸与挤压模芯(7)外形相匹配的玻璃垫(6)；所述玻璃垫(6)的原料的化学成分及重量百分比为：玻璃粉85～90％，水玻璃3～5％，其余为水；
五、将步骤三所制备的环形锭坯(5)在炉温＜600℃时，装入电阻加热炉中，升温至800℃～950℃，在恒温下进行保温，保温时间按环形锭坯(5)壁厚0.6～0.8min/mm计算，然后，再随炉升温至1080℃，恒温下继续保温，保温时间按环形锭坯(5)壁厚0.8～1min/mm计算；
六、将挤压机的挤压筒(3)加热到温度为150℃～400℃，把玻璃垫(6)放入挤压筒(3)中，将保温结束的环形锭坯(5)取出迅速放入挤压筒(3)内，然后放入热挤压垫(4)，挤压机的挤压芯杆(2)推进到限定位置后，挤压机的挤压杆(1)推进进行挤压，获得粉末高温合金挤压环形件，所述的挤压比为10～20，所述的挤压速率为20mm/s～100mm/s。
2.根据权利要求1所述的一种粉末高温合金环形件的成形方法，其特征在于：氩气雾化制备高温合金粉末的粉末粒度为-150目。
3.根据权利要求1所述的一种粉末高温合金环形件的成形方法，其特征在于：制作热挤压环形包套的材料为0Cr18Ni9或20号钢。
4.根据权利要求1所述的一种粉末高温合金环形件的成形方法，其特征在于：制作玻璃垫(6)的原料的化学成分及重量百分比为：玻璃粉90％，水玻璃5％，水5％。
5.根据权利要求1的一种粉末高温合金环形件的成形方法，其特征在于：在炉温＜600℃时将环形锭坯(5)装入加热炉中，升温至850℃，环形锭坯(5)在恒温下进行保温，保温时间按0.8min/mm计算，然后再随炉升温至1080℃，环形锭坯(5)在恒温下继续保温，保温时间按1min/mm计算。
6.根据权利要求1所述的一种粉末高温合金环形件的成形方法，其特征在于：所述挤压筒(3)的加热温度为300℃。
7.根据权利要求1所述的一种粉末高温合金环形件的成形方法，其特征在于：所述挤压机进行挤压有挤压比为15，挤压速率为60mm/s。
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