CN104668909A - 一种高精度无焊缝铱坩埚及铱制品的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高精度无焊缝铱坩埚及铱制品的制造方法，本发明采用板料旋压成形的加工方法，用铱板直接旋压成形整体无焊缝铱坩埚，解决了因铸造法、焊接法无法达到铱坩埚及铱制品的高精度的要求。采用本发明可以生产直经为100毫米以下的高精度铱坩埚及铱制品，外形尺寸偏差及厚度偏差可达0.02毫米。

Description

一种高精度无焊缝铱坩埚及铱制品的制造方法
技术领域
本发明涉及铱坩埚及铱制品的制造领域，尤其涉及一种高精度无焊缝铱坩埚及铱制品的制造方法。
背景技术
由于金属铱具有高密度(22.56g/cm3)，高熔点(2454℃)，耐高温、高硬度、高强度及耐酸碱腐蚀的特点，使用温度可达2200℃，被广泛地应用于生长高温晶体时用的坩埚容器及其它特殊场合，尤其当前航天事业的迅猛发展，对高精度铱制品的需求量在不断增加。
目前，铱坩埚及铱制品的加工方法主要有铸造法及塑性焊接法，铸造法是将铱粉或铱块经中频感应炉加热融化后，直接将铱溶液注入氧化镁或石墨模具中，铸成铱坩埚，虽然工艺简单，但是缺陷很多，最主要的是容易出现气孔、砂眼、内部夹层及疏松严重等缺陷，产品的密度与理论密度相差甚远，产品的密度只能达到18.86克/cm3。塑性焊接法制作的铱坩埚要比铸造法先进很多，有效避免了由于铸造法产生的气孔、夹层及疏松严重等缺陷，并且产品的密度接近铱的理论密度。塑性焊接法制作的铱坩埚，由于有焊缝存在，焊缝的缺陷是显而易见的，主要有焊接应力大、咬边、塌陷、气孔、未焊透及裂纹等焊缝缺陷，并且要求焊接操作人员的技术水平非常高。
上述2种方法制作的铱坩埚，产品质量不易控制。并且铱制品的尺寸精度很低，外形尺寸偏差在2毫米左右。对于精密尺寸的铱制品来说是达不到设计要求的，很难达到精细产品的水准，远远不能满足现在航天所用部件的高精度要求。采用板料旋压成形方法制造铱坩埚是很困难的，因为在室温时，铱的弹性模量高(538.3GPa)；泊松系数低(0.26)，因此具有很高的刚性。铱的晶界结合强度低，在外力作用下，容易发生穿晶脆断及沿晶脆断，即使加热至1200℃时，也具有很高的刚性。在制造方法中，加工技术难度非常大，有关高精度无焊缝铱坩埚及铱制品的加工方法，没有见到国内外有任何资料。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度无焊缝铱坩埚及铱制品的制造方法，用以克服上述技术缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种高精度无焊缝铱坩埚及铱制品的制造方法，该制造过程为：
步骤a，模具的制备；
模具采用YG类硬质合金材料，加工并修磨至初旋模具的尺寸，斜角角度为45°，终成型模具修磨成坩埚内形的尺寸及形状；
步骤b，旋压工具的制备；
旋压工具包括旋压轮、顶板和赶刀，均采用硬质合金材料；
步骤c，铱坩埚的旋压成形过程；
步骤c1，将事先制好的铱圆板坯料紧紧地顶在初成形模具及顶板之间，在铱坯料的外表面不停地涂抹二硫化钼并保持到旋压过程结束，旋压设备采用C620G车床，初旋的转速为150转/min，先将模具及顶板用氢氧气火焰加热至1000℃，并保持到加工结束；然后将铱坯料加热至1100-1200℃并保持，用赶刀匀力挤压铱坯料表面，每次变形量保持在10-15°斜角之间，使铱坯料缓慢而充分的变形；
步骤c2，在车床上换用终成形模具，将半成品的铱坯料紧紧地顶在模具与顶板之间，车床的转速调整为250转/min，将模具及顶板旋转加热至1000℃后，再将铱坯料加热至1100-1200℃，用旋压轮挤压铱坯料表面，每次变形量控制在斜角10°以内，直至完全贴附在模具上；
步骤c3，旋压好的铱坯料里面会出现微量的缩纹，将成形模具及顶板加热至900°左右，把铱坯料装在成型模具上，车床主轴转速调整在380转/min，加热至1000℃，用旋压轮碾压铱坯料表面，纵向走进速度控制在0.3毫米/转，横向进给量为0.1-0.2毫米，直至将铱坯料内表面紧紧地贴附在成形模具上，内表面的缩纹消失；
步骤c4，车床转速调整到480转/min，将模具、顶板、坯料加热至900℃，用旋压轮碾压铱坯料的圆周表面，纵向进给量0.082毫米，旋压至外圆直径所需尺寸，尺寸误差小于0.02毫米；
步骤c5，用立方氮化硼车刀，在常温下将已经成形铱坩埚的顶部切削至所需高度；
步骤c6，加工好的铱制品，无焊缝无接点，整体一次成形。
进一步地，制得的铱坩埚及铱制品的公称直径在10-100mm之间。
进一步地，
所述的旋压轮采用普通碳钢做为刀杆材料，外套材料为YG类硬质合金，外套与刀杆之间用向心轴承采用过盈配合连接；
所述的顶板，采用YG类硬质合金做为顶板材料，顶板外圆与模具外圆一致；
所述的赶刀，把圆柱形YG类硬质合金焊接在普通碳钢的刀杆上，把硬质合金的工作部位修磨成腰鼓形状。
进一步地，模具的外圆修磨成比铱坩埚的内径尺寸小0.02毫米，旋压成形后，铱坩埚的内径尺寸在要求的公称尺寸的-0.01到+0.01毫米之间。
进一步地，铱坩埚的外径通过滚轮碾压，并保持温度900℃直至达到所需的尺寸，铱坩埚的外径尺寸偏差控制在0.02毫米之内。
与现有技术相比本发明的有益效果在于，本发明采用板料旋压成形的加工方法，用铱板直接旋压成形整体无焊缝铱坩埚，解决了因铸造法、焊接法无法达到铱坩埚及铱制品的高精度的要求。采用本发明可以生产直经为100毫米以下的高精度铱坩埚及铱制品，外形尺寸偏差及厚度偏差可达0.02毫米。
具体实施方式
以下，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
本发明的高精度无焊缝铱坩埚及铱制品的制造方法的过程包括：
模具的制备；旋压工具的制备；旋压轮的制备；顶板的制备；赶刀的制备；铱坩埚的旋压成型过程。
上述制造高精度无焊缝铱坩埚的每种工艺及原理详细叙述如下：
步骤a，模具的制备：
模具采用YG类硬质合金材料，加工并修磨至初旋模具的尺寸，斜角角度为45°，终成开模具修磨成坩埚内形的尺寸及形状；
步骤b，旋压工具的制备：
(1)旋压轮：旋压轮采用普通碳钢做为刀杆材料，外套材料为YG类硬质合金，外套与刀杆之间用向心轴承采用过盈配合连接。
(2)顶板：采用YG类硬质合金做为顶板材料，顶板外圆与模具外圆一致。
(3)赶刀：把圆柱形YG类硬质合金焊接在普通碳钢的刀杆上，把硬质合金的工作部位修磨成腰鼓形状。
步骤c，铱坩埚的旋压成形过程：
步骤c1，将事先制好的铱圆板坯料紧紧地顶在初成形模具及顶板之间，在铱坯料的外表面不停地涂抹二硫化钼并保持到旋压过程结束，旋压设备采用C620G车床，初旋的转速为150转/min，先将模具及顶板用氢氧气火焰加热至1000℃，并保持到加工结束；然后将铱坯料加热至1100-1200℃并保持，用赶刀匀力挤压铱坯料表面，每次变形量保持在10-15°斜角之间，使铱坯料缓慢而充分的变形。
在旋至斜角45°的寸候，此时，铱坯料的里面出现轻微的缩纹，改用旋压轮将铱坯料里面的缩纹旋压平，若缩纹继续加重，则会产生沿晶脆断甚至开裂。
步骤c2，在车床上换用终成形模具，将半成品的铱坯料紧紧地顶在模具与顶板之间，车床的转速调整为250转/min，将模具及顶板旋转加热至1000℃后，再将铱坯料加热至1100-1200℃，用旋压轮挤压铱坯料表面，每次变形量控制在斜角10°以内，直至完全贴附在模具上。
步骤c3，旋压好的铱坯料里面会出现微量的缩纹，将成形模具及顶板加热至900°左右，把铱坯料装在成型模具上，车床主轴转速调整在380转/min，加热至1000℃，用旋压轮碾压铱坯料表面，纵向走进速度控制在0.3毫米/转，横向进给量为0.1-0.2毫米，直至将铱坯料内表面紧紧地贴附在成形模具上，内表面的缩纹消失。
步骤c4，车床转速调整到480转/min，将模具、顶板、坯料加热至900℃，用旋压轮碾压铱坯料的圆周表面，纵向进给量0.082毫米，旋压至外圆直径所需尺寸，尺寸误差小于0.02毫米。
步骤c5，用立方氮化硼车刀，在常温下将已经成形铱坩埚的顶部切削至所需高度。
步骤c6，加工好的铱制品，无焊缝无接点，整体一次成形，经计算测量达到了铱的理论密度。内外直径及厚度的尺寸误差小于0.02毫米，高于GB标准的100倍。
本发明采用上述方法制得的铱坩埚及铱制品的公称直径在10-100mm之间。
模具的外圆修磨成比铱坩埚的内径尺寸小0.02毫米，旋压成形后，铱坩埚的内径尺寸在要求的公称尺寸的-0.01到+0.01毫米之间。(如Φ30±0.01，尺寸在29.99至30.01毫米之间，偏差范围0.02毫米)
铱坩埚的外径通过滚轮碾压，并保持温度900℃直至达到所需的尺寸，铱坩埚的外径尺寸偏差控制在0.02毫米之内。
铱坩埚的外径尺寸，常温下在车床上用立方氮化硼车刀切削至所需的尺寸，(如Φ32±0.01，尺寸在31.99至32.01毫米之间，偏差范围0.02毫米)
GB/T15972004的国标中规定，铸造法铱坩埚的直径允许偏差±1-1.5毫米(偏差范围2-3毫米)；焊接法铱坩埚的直径允许偏差±1毫米(偏差范围2毫米)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对具进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种高精度无焊缝铱坩埚及铱制品的制造方法，其特征在于，该制造过程为：
步骤a，模具的制备；
模具采用YG类硬质合金材料，加工并修磨至初旋模具的尺寸，斜角角度为45°，终成型模具修磨成坩埚内形的尺寸及形状；
步骤b，旋压工具的制备；
旋压工具包括旋压轮、顶板和赶刀，均采用硬质合金材料；
步骤c，铱坩埚的旋压成形过程；
步骤c1，将事先制好的铱圆板坯料紧紧地顶在初成形模具及顶板之间，在铱坯料的外表面不停地涂抹二硫化钼并保持到旋压过程结束，旋压设备采用C620G车床，初旋的转速为150转/min，先将模具及顶板用氢氧气火焰加热至1000℃，并保持到加工结束；然后将铱坯料加热至1100-1200℃并保持，用赶刀匀力挤压铱坯料表面，每次变形量保持在10-15°斜角之间，使铱坯料缓慢而充分的变形；
步骤c2，在车床上换用终成形模具，将半成品的铱坯料紧紧地顶在模具与顶板之间，车床的转速调整为250转/min，将模具及顶板旋转加热至1000℃后，再将铱坯料加热至1100-1200℃，用旋压轮挤压铱坯料表面，每次变形量控制在斜角10°以内，直至完全贴附在模具上；
步骤c3，旋压好的铱坯料里面会出现微量的缩纹，将成形模具及顶板加热至900°左右，把铱坯料装在成型模具上，车床主轴转速调整在380转/min，加热至1000℃，用旋压轮碾压铱坯料表面，纵向走进速度控制在0.3毫米/转，横向进给量为0.1-0.2毫米，直至将铱坯料内表面紧紧地贴附在成形模具上，内表面的缩纹消失；
步骤c4，车床转速调整到480转/min，将模具、顶板、坯料加热至900℃，用旋压轮碾压铱坯料的圆周表面，纵向进给量0.082毫米，旋压至外圆直径所需尺寸，尺寸误差小于0.02毫米；
步骤c5，用立方氮化硼车刀，在常温下将已经成形铱坩埚的顶部切削至所需高度；
步骤c6，加工好的铱制品，无焊缝无接点，整体一次成形。
2.根据权利要求1所述的高精度无焊缝铱坩埚及铱制品的制造方法，其特征在于，制得的铱坩埚及铱制品的公称直径在10-100mm之间。
3.根据权利要求1所述的高精度无焊缝铱坩埚及铱制品的制造方法，其特征在于，
所述的旋压轮采用普通碳钢做为刀杆材料，外套材料为YG类硬质合金，外套与刀杆之间用向心轴承采用过盈配合连接；
所述的顶板，采用YG类硬质合金做为顶板材料，顶板外圆与模具外圆一致；
所述的赶刀，把圆柱形YG类硬质合金焊接在普通碳钢的刀杆上，把硬质合金的工作部位修磨成腰鼓形状。
4.根据权利要求3所述的高精度无焊缝铱坩埚及铱制品的制造方法，其特征在于，模具的外圆修磨成比铱坩埚的内径尺寸小0.02毫米，旋压成形后，铱坩埚的内径尺寸在要求的公称尺寸的-0.01到+0.01毫米之间。
5.根据权利要求4所述的高精度无焊缝铱坩埚及铱制品的制造方法，其特征在于，铱坩埚的外径通过滚轮碾压，并保持温度900℃直至达到所需的尺寸，铱坩埚的外径尺寸偏差控制在0.02毫米之内。
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