CN104968454A - 固化/模塑由粉末制成的近净成形组件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于固化由粉末制成的预制件的方法，其包含：(a)将预制件放置在智能感受器之间；(b)通过施加变化的低强度磁场将智能感受器加热到平衡温度，其中低强度磁场具有穿过智能感受器的表面的磁通量；(c)至少在智能感受器的温度达到平衡温度之后的一段时间期间，施加固化压力至预制件；以及(d)当施加固化压力时，施加具有穿过预制件的表面的磁通量的脉冲高强度磁场。高强度磁场的强度和脉冲率被选择，使得预制件的晶体相将在基本恒定的温度下快速振荡。脉冲高强度磁场被施加得足够长，以便在相振荡期间实现预制件的超塑性。

Description

固化/模塑由粉末制成的近净成形组件的方法
技术领域
本公开总体涉及用于形成定制的微观结构和增强的性能的材料的高强度磁场处理。
背景技术
在粉末冶金中，在施加静液力载荷的情况下，粉末材料通常在高温下通过长暴露时间而固化以制造无孔隙且具有增强性能的产品。例如，压实冷粉末以产生半固态预制件且然后通过施加热和压力固化/模塑预制件(pre-form)是已知的。由压实的粉末制成的预制件能够被直接放置在具有与完成零件的期望形状轮廓相符的成形表面的工具或模具上。在热压成形中，预制件被放置在匹配的金属工具之间，该匹配的金属工具包括限定完成零件的内模线、外模线或内、外模线两者的成形表面。工具和预制件被放置在压力机(press)内且然后工具和预制件在压力下被加热以制造固化的净成形零件。
使用感应加热固化工具来固化和形成预制件是已知的。感应加热是导电物体(通常为金属)通过电磁感应被加热的过程。在该加热期间，在金属内产生涡电流且金属的电阻导致焦耳加热。感应加热器通常包含高频交流电流穿过其中的感应线圈。将感受器(susceptor)放置在预制件中或邻接预制件放置以实现固化或成形所需的加热是已知的。感受器被感应加热且主要通过热传导将其热传输至夹在相对的感受器面板之间的预制件。在压力下的加热期间，预制件的空隙和/或孔隙数量能够被减小，即，密度能够被增加。
材料的合铸、加工和热处理在过去通常被限于实现如由温度-成分相图所限定的均衡微观结构或由快速冷却过程而产生的亚稳态微观结构。最近对铁合金的研究在实验上表明：通过施加高强度磁场到确保预制件的微观结构能够被调整和准确地控制的程度，相稳定性能够被改变。结合强磁场和热加工能够导致形成具有优良性质的合金和微观结构。
特别地，需要将实现由粉末到近净成形组件的快速制造的工艺。这包括由铁(即，铁基)合金制成的具有新的改进的化学性质的组件以及用于钛基合金的零件加工的承受性提高的方法。
发明内容
本公开涉及用于由粉末到近净成形组件的快速制造(即，几分钟或更少)的方法和装置，其中粉末由具有新的改进的化学性质从而导致增强性能(例如，高强度)的金属合金制成。所公开的方法应当适用于广泛的金属合金，包括铁基合金和钛基合金。这些元素(Fe和Ti)及其合金提供升高的温度下的可用晶体相变与经由高强度磁场操纵相图的机会的组合。其它元素(诸如，钍、铪、锰和钒基合金)可以同样进行。
下面详细公开的主题的一个方面是一种用于固化由粉末制成的预制件的方法，其包含：(a)将预制件放置在智能感受器之间；(b)通过施加具有穿过智能感受器的表面的磁通量的变化的低强度磁场，将智能感受器加热到平衡温度(leveling temperature)；(c)至少在智能感受器的温度达到平衡温度之后的一段时间期间，施加固化压力至预制件；以及(d)当施加固化压力时，施加具有穿过预制件的表面的磁通量的脉冲高强度磁场。高强度磁场的强度大于低强度磁场的峰值强度。高强度磁场的强度和脉冲率被选择，使得预制件的晶体相将在基本恒定的温度下快速振荡。脉冲高强度磁场被施加得足够长，以使得在相振荡期间实现预制件的超塑性。
有利地，高强度磁场的强度大于或等于0.5特斯拉(tesla)。有利地，低强度磁场的强度小于0.1特斯拉。有利地，高强度磁场的脉冲率是每秒多个脉冲。有利地，固化压力在5到20MPa的范围内。有利地，低强度磁场在0.5到10kHz的范围内的频率下交替变化。有利地，粉末包含铁基或钛基合金。有利地，预制件具有超过使用热振荡固化的预制件的厚度限制的厚度。
另一方面是一种用于由粉末制造组件的方法。其包含：(a)冷压实粉末以产生预制件；(b)将预制件放置在感应工具配件的智能感受器之间；(c)以无氧气体充满感应工具配件内部的空间；(d)通过施加具有穿过智能感受器的表面的磁通量的变化的低强度磁场，将智能感受器加热到平衡温度；(e)至少在智能感受器的温度达到平衡温度之后的一段时间期间，施加固化压力至预制件；以及(f)当施加固化压力时，施加具有穿过预制件的表面的磁通量的脉冲高强度磁场。在步骤(f)后，该方法可以进一步包含：(g)对预制件进行淬火；(h)对淬火的预制件进行回火；以及(i)将预制件从感应工具配件中移除。高强度磁场的强度大于低强度磁场的峰值强度。高强度磁场的强度和脉冲率被选择，使得预制件的晶体相将在基本恒定的温度下快速振荡。脉冲高强度磁场被施加得足够长，以便在相振荡期间实现预制件的超塑性。
有利地，高强度磁场的强度大于或等于0.5特斯拉。有利地，低强度磁场的强度小于0.1特斯拉。有利地，高强度磁场的脉冲率是每秒多个脉冲。有利地，固化压力在5到20MPa的范围内。有利地，低强度磁场在0.5到10kHz的范围的频率下交变。有利地，粉末包含铁基或钛基合金。有利地，在固化压力被施加的步骤后并当预制件保持在第一和第二感受器之间时执行以下步骤，该步骤包括对预制件进行淬火、对淬火的预制件进行回火以及将预制件从感应工具配件中移除。
根据进一步的方面，提供一种用于固化由金属合金粉末材料制成的预制件的方法。该方法包含：(a)将预制件放置在智能感受器之间；(b)通过施加具有穿过智能感受器的表面的磁通量的变化的低强度磁场，将智能感受器加热到平衡温度；(c)至少在智能感受器的温度达到平衡温度之后的一段时间期间，施加固化压力至预制件；以及(d)当施加固化压力时，施加具有穿过预制件的表面的磁通量的脉冲高强度磁场。高强度磁场的强度大于0.5特斯拉，而低强度磁场的峰值强度小于0.1特斯拉。高强度磁场的强度和脉冲率被选择，使得预制件的晶体相将在基本恒定的温度下快速振荡。脉冲高强度磁场被施加得足够长，以便在相振荡期间实现预制件的超塑性。
有利地，高强度磁场的强度大于或等于0.5特斯拉。有利地，低强度磁场的强度小于0.1特斯拉。有利地，高强度磁场的脉冲率是每秒多个脉冲。有利地，固化压力在5到20MPa的范围内。
又一方面是一种用于固化由粉末制成的预制件的设备，其包含：第一和第二工具配件，其分别地包含至少一个感应线圈的相应部分和具有彼此相对的表面的第一和第二智能感受器，第一工具配件可相对于第二工具配件移动，用于将压缩力压力施加在布置在相对的表面之间的预制件上；供电电源，其电连接至至少一个感应线圈；用于施加力至第一和第二工具配件中的一个或两个，使得相对的表面将施以压缩力至放置在其间的预制件上的装置；以及，控制器，其被编程以将供电电源和用于施加力的装置控制如下：(a)控制供电电源以施加具有穿过智能感受器的表面的磁通量的变化的低强度磁场直到智能感受器被加热到平衡温度；(b)控制用于施加力的装置以至少在智能感受器的温度达到平衡温度时的时间后的一段时间期间施加等于固化压力的压缩力至预制件；以及(c)当施加固化压力时，控制供电电源以施加具有穿过预制件的表面的磁通量的脉冲高强度磁场。高强度磁场的强度大于低强度磁场的峰值强度。高强度磁场的强度和脉冲率被选择，使得预制件的晶体相将在基本恒定的温度下快速振荡。脉冲高强度磁场被施加得足够长，以便在相振荡期间实现预制件的超塑性。
下面公开和要求保护其它方面。
附图说明
出于说明前述方面和其它方面的目的，下面将参考附图描述各种实施例。
图1是示出根据一个实施例的用于固化由铁合金粉末制造的金属合金的感应过程的流程图。
图2A和图2B是在常规均衡(图2A)和磁增强的(使用30特斯拉的磁场)均衡条件两者下用于测试的贝氏体钢的伪二元相图的预测。[(这些计算的相图取自橡树岭国家实验室的2005年3月最终技术报告(ORNL/TM-2005/79)，题为“Exploring Ultrahigh Magnetic Field Processing of Materialsfor Developing Customized Microstructures and Enhanced Performance”(主要研究者：Dr.Gerard M.lotka)]
图3是示出已知装置的部分的截面视图的图示，该装置包含具有被设计为固化和形成预制件的匹配表面的上部和下部工具配件。该工具配件被示出在其回缩位置中且预制件被示出处于未压缩状态。
图4是示出图3中描述的装置的截面视图的图示，除了工具配件在其延伸位置中，其中预制件在延伸位置之间被压缩。
图5是示出根据一个实施例的下部加工模具的一部分的端视图的图示。
图6是示出图5中部分描述的下部加工模具的一部分的截面视图的图示，截面沿图5中所见的线6-6获得。
图7是示出用于执行本文公开的固化/模塑过程的计算机化系统的组件的框图。
下面将参考附图，其中不同附图中类似的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
下面的详细公开描述一种用于固化和模塑/成形由以粉末形式的铁基或钛基金属合金制造的预制件的方法和设备。然而，在高强度磁场处理(同时固化压力被施加)后使用智能感受器的感应加热的结合应用于响应于振荡的高强度磁场的施加而经历微观结构变化的其它材料。在本文公开的磁场强度下，大多数材料将磁饱和且加工温度将使许多材料超过其居里温度并进入非磁性状态，但仍然将受高强度磁场的影响。
下面公开的方法适于制造螺栓、销、起落架组件、襟翼导轨、液压汽缸和其它组件。公开的固化/模塑过程在铁基和钛基合金的加工中具有特定应用，但更普遍地能够被应用于其微观结构在高温下经历晶体相变的任何材料，其中相变能够通过高强度磁场的施加来操纵。
本文公开的具体方法在施加固化压力时强加高强度磁场之后结合金属合金粉末预制件的感应加热。在粉末是铁基合金(下文称“铁合金粉末”)的情况下，本文公开的系统经由使用智能感受器的感应加热快速地加热预制件到其铁素体向奥氏体相变。接着向预制件施加固化压力。此后，通过感应线圈施加间歇高强度磁场以使铁合金粉末预制件的晶体相快速振荡，以在施加固化压力的同时在基本恒定的温度下促进固化。经由相振荡给予超塑性。因此，即使在施加低固化压力时，固化也是快速的和完全的。
高强度磁场的使用尤其有利于具有超过厚度限制(例如，大约4英寸)的厚度的预制件的固化，其使用热振荡技术参与(attend)固化。
图1是示出根据一个实施例的用于固化由铁合金粉末制造的金属合金的感应过程的流程图。在步骤100中，铁合金粉末被冷压实以产生半固态预制件。在步骤102中，预制件被装载在层压感应工具中，其中该层压感应工具具有一对彼此相对的智能感受器工具面。预制件被放置在智能感受器之间。选择合适的感受器化学成分以在预制件的加热期间在工具的表面处提供期望的初始平衡温度。智能感受器产生形成层压感应工具的面的薄片金属外壳。
在步骤104中，围绕预制件的工具内部的空间被充满无氧气体(例如，氢气或氮气)以消除加热期间的氧化物形成。在步骤106中，通过施加具有穿过智能感受器的表面的磁通量的变化的(例如，交变的)低强度磁场，智能感受器被快速地加热到由智能感受器化学成分决定的平衡温度。该低强度磁场可以通过向包含在一对彼此对立的加工模具3内部(下面参考图5和图6详细描述的)的感应线圈供应AC电力而产生。低强度磁场的峰值(即，最大)强度可以小于0.1特斯拉。通常，在该过程的感应加热部分期间，磁场强度的RMS值在0.02到0.04特斯拉的范围内，从而导致峰值场在0.03到0.06特斯拉的范围内。通常，对于该过程的感应加热部分，振荡频率将在0.5到10kHz的范围内(例如，1kHz)。
再参考图1，在步骤108中，固化压力通过致动器被施加至预制件，这迫使对立的加工模具朝向彼此同时智能感受器和预制件被夹在其间。至少在智能感受器的温度达到其平衡温度之后的一段时间期间施加固化压力。在步骤110中，间歇的(即，脉冲的)高强度磁场(其具有穿过预制件的表面的磁通量)被施加以施加固化压力的同时使粉末预制件的晶体相在基本恒定的温度下快速振荡。根据一个实施例，固化压力在5到20MPa的范围内；高强度磁场的强度大于或等于0.5特斯拉；并且高强度磁场的脉冲率是每秒多个脉冲。所施加的高强度磁场的强度、脉冲率和数量被选择，使得高强度磁场改变与用于生产预制件的特定金属合金关联的相均衡图，并产生激励用于快速和完全的金属合金粉末固化的超塑性行为的快速相转变。即使当使用低固化压力时，固化也是快速且完全的。
在施加高强度磁场之后，可以通过向智能感受器的背侧供应冷却流体来对预制件进行淬火(图1中的步骤112)。在淬火之后，通过对预制件进行回火完成热处理(步骤114)。淬火和回火尤其有利于铁基组件。热处理后的预制件随后从工具中移除(步骤116)。结果得到具有高强度性质的粉末状零件。
高强度磁场能够显著地影响碳钢合金的相图是已知的。来自橡树岭国家实验室的2005年3月最终技术报告ORNL/TM-2005/79包括预测相图，其示出高强度(例如30特斯拉)磁场提高相转变温度、增加不同相中的碳溶解度，以及转移诸如共析化学性质和温度的临界聚合点(critical congruent point)。图2A和图2B(取自前述报告)示出用于常规均衡条件(图2A)和磁增强的均衡条件(图2B)两者的测试贝氏体钢的计算的伪二元相图。图2A和图2B中描述的计算结果表明通过施加的磁场相场被向上和向右移，这意味着相转变温度被提高且碳的相溶解度被增强。
本文公开的过程采用前述效果以在粉末状组件的固化期间在基本恒定的温度下快速改变粉末状组件的晶体相。根据一个实施例，在施加固化压力的同时，高强度磁场以每秒多次的速率被快速振荡(即，脉动)。根据一个实施例，磁场在零和等于至少0.5特斯拉的强度之间振荡，即，每个磁场脉冲具有至少0.5特斯拉的强度。结果是在固化期间粉末状组件的快速的相变。这种相的变化给予实现快速的无孔隙固化的超塑性。金属合金粉末的使用消除由锻造处理需求产生的对合金剂的约束并实现较高的合金含量。图2B示出30特斯拉磁场的影响，但较小的场(甚至0.5特斯拉)将实现有意义的性能。该过程实现从预制件到具有改进的性质的近净成形组件的制造，其中该预制件具有使用其它制造方法不可能得到的化学成分。
在图3和图4中部分描述使用本文公开的过程的预制件的匹配工具固化的一种已知设备。图3示出处于预固化阶段的设备，而图4示出正在进行固化时的设备。设备包含下模具框架2、由下模具框架2支撑且具有第一波状模具表面6的下加工模具4、上模具框架8和由上模具框架8支撑且具有第二波状模具表面12的上加工模具10，第二波状模具表面12互补于第一波状模具表面6。波状模具表面6和12可以限定不同于图3和图4中描述的形状的复杂形状。然而，当模具表面是平坦的时，本文公开的新颖性装置也具有应用。模具框架2和8充当用来将下加工模具和上加工模具保持在一起并用来维持模具的尺寸精确度的机械限制。模具框架2和8可以被耦接至致动器(未示出在图3和图4中)，该致动器使模具朝向或远离移动。此外，一个或更多感应线圈(未示出在图3和图4中)可以延伸通过加工模具4和10中的每个以形成用于将预制件的温度提高至至少其固化温度的感应加热器。热控制系统(未示出)可以被连接至感应线圈。
仍参考图3和图4，设备进一步包含由导电材料和导热材料制成的下感受器18和上感受器20。感受器和感应线圈被定位，使得感受器能够通过电磁感应被加热。下感受器18可以大致符合第一波状模具表面6，且上感受器20可以大致符合第二波状模具表面12。在一些情况下，优选的是预制件被固化的温度应当不超过某一温度。为此，感受器18和20优选地被称为“智能感受器”。智能感受器是由有效地产生热直到达到阈值(即，居里)温度的一种或多种材料构造。随着智能感受器的部分达到居里温度，这些部分的磁导率下降至在居里温度处一致(即，感受器变为顺磁体)。磁导率的下降具有两个影响：其限制处于居里温度的那些部分的热产生，且其将磁通量转移至低温部分，从而使在居里温度之下的那些部分更快速地加热到居里温度。因此，加热的预制件的热均匀性在成形过程期间能够通过合理地选择用于感受器的材料被实现，而不管馈送至感应线圈的输入功率。根据一个实施例，每个感受器是一层或一片磁导材料。用于构造感受器的优选的磁导材料包括铁磁材料，当加热至高于居里温度的温度时，该铁磁材料的磁导率减小约10倍。在临界温度下磁导率的如此大的下降提升感受器的温度控制，且因此提升被制造零件的温度控制。铁磁材料包括铁、钴、镍、钆、镝及其合金。
根据一个实施例，感受器由包括铁、镍、铬和/或钴的组合的铁磁材料形成，其中选择特定材料成分以产生设置温度点，其中响应于由感应加热线圈产生的电磁能量将感受器加热至该设置温度点。在这方面，感受器可以被构造以使得感受器的居里点(Gurie point)限定该感受器被感应加热至的设置温度点，其中在居里点处存在材料的铁磁相和顺磁相之间的转变。此外，感受器可以被构造使得居里点较大，虽然通常仅稍微大于预制件的相转变温度。
图3和图4中示出的固化/模塑设备进一步包含冷却系统14，冷却系统14包含分布在加工模具4和10中的相应的多组冷却管道16(例如，由SiN管制造)。每组冷却管道16经由相应的歧管耦接至冷却介质(其可以是液体、气体或气体/液体混合物，例如，雾或气雾剂)源。冷却系统能够被激活，以便在预制件的高强度磁场处理会后对智能感受器的背侧进行淬火。
在固化和模塑过程的一般实施方式中，预制件22最初被定位在堆叠的加工设备的上加工模具和下加工模具之间，如图3所示。然后，加工模具4和10通过液压、气动或其它致动器朝向彼此移动，直到它们达到其相应的工具闭合位置，如图4所示。在固化过程期间，通过电源(未示出)将振荡的电力供应至感应线圈。供应的电力产生振荡的磁通量，该振荡的磁通量将感受器18和20快速地加热至其平衡温度，感受器18和20进而加热预制件22。在该过程期间，预制件将通过感受器18和20的对立的波状(或平坦)表面被模塑。
根据本文公开的固化过程，感应线圈最初被供应交流电以产生将智能感受器加热至其平衡温度的变化的低强度磁场(例如，小于0.1特斯拉)。在施加低强度磁场之后，施加固化压力。当施加固化压力时，感应线圈然后被供应间歇的直流电以产生使预制件的相快速振荡的脉冲高强度磁场(例如，至少0.5特斯拉)，从而由于相之间的体积不匹配而给予预制件材料超塑性。
在施加高强度磁场达足够长的一段时间之后，冷却系统14将被操作以将冷却介质施加至加工模具4和10，从而还冷却感受器18和20以及其间的预制件22。预制件22保持夹在感受器之间达预定的一段时间，直到已经实现对预制件的淬火。这允许模塑和固化的预制件22保持由感受器18和20的波状表面限定的结构形状和提供增强的强度性质的微观结构。在固化和冷却之后，致动器移开加工模具以允许将固化后的产品从模子移除。当在合适的性质-增强率下冷却时，成形和冷却的预制件从堆叠的加工设备中移除，而不会损失尺寸精度。
图5是根据一个实施例的下加工模具4的一部分的端视图。上加工模具可以具有类似的构造。每个加工模具包含可以相互平行的多个腔32。图5仅示出两个此类腔32，每个腔32的上部具有穿过腔的最上部的感应线圈34的相应匝的部分。
图6中示出的截面图沿图5中可见的线6—6获得，且穿过腔32，但不穿过其中的感应线圈34的部分。可以使用一个或更多个线圈。随着需要制造的零件变得更大，可能有必要将线圈分成平行连接的多个线圈，从而限制每个线圈所需的电压。在没有智能感受器的情况下，到每个平行线圈的电流(和产生的温度)的控制可能变得有问题。为简化起见，图5和图6示出下加工模具的一部分，其附接的感受器的对应部分是水平的而不是成角度的。
仍参考图5和图6，下加工模具可以包含交错的金属(例如， 奥氏体镍/铬基高温合金)板28和电介质隔件30的层压结构，金属板28和电介质隔件30被被修剪为合适的尺寸以形成多个平行的纵向腔32，其中一个或多个感应线圈34的匝存在于该多个平行的纵向腔32中。每个金属板28可以具有大约0.0625英寸到大约0.5英寸的范围内的厚度。空气间隙36(见图6)可以提供在金属板28的上部之间以促进感受器的冷却。可以使用本领域技术人员知晓的夹具、紧固件和/或其它合适的装置(未示出)将堆叠的金属板28彼此附接。堆叠的金属板28可以基于其电性质和热性质而被选择。堆叠的金属板28通常由具有大大超过预制件的固化温度的熔点的坚实和刚性的材料形成。附加地，堆叠的金属板28可以由以低热膨胀、高热绝缘和低电磁吸收为特征的材料形成。堆叠的金属片可以以关于相应的波状模具表面大致垂直的关系被取向。例如，每个金属片可以具有从大约1/16″到大约1/4″的厚度。可以可选地在每个堆叠的片的每侧上提供电绝缘涂层(未示出)，以防止堆叠的金属片之间的电流流动。例如，绝缘涂层可以是陶瓷材料。可以在邻近的堆叠的金属片之间提供空气间隙以促进模具的冷却，例如，大约0.15″的间隙。
如在图6中最优所见，智能感受器18被直接附接至下加工模具的金属板28。(图3中所见的智能感受器20同样直接附接至上加工模具的金属板。)根据一个实施例，金属板28由奥氏体(非磁性)不锈钢制成。堆叠的金属板28在其间可以具有空间36以允许淬火流体(气体或液体)直接冲击加热的感受器18的表面。该空间由智能感受器表面外壳的厚度和强度和使用的固化压力决定。此外，感受器不需要到彼此的电连接。除了接近感受器的地方之外，金属板28与电介质隔片30在被需要以允许淬火介质流至感受器的地方中交错。相同的考虑适用于上加工模具和附接到上加工模具的感受器。
优选地，每个感应线圈34由被轻度拉伸的铜管制造。管的轻度拉伸条件确保通过数控弯曲机实现精密弯曲。管的数控弯曲允许管相对于感受器的变化的轮廓的精确放置，从而改善每个感受器均匀地感应耦接到横跨感受器的长度和宽度的感应加热器的程度。然而，应当理解，下面公开的兼容层在感受器是平坦的而不是凹的/凸的情况下也可以被采用。可选地，线圈34还通过用作冷却剂流体(诸如，水)的管道来移除热能。在被弯曲和安装之后，线圈包括由柔性管部分连接的直管部分。柔性管部分连接直管部分且还允许模具被分离。感应线圈34的管的精确放置促进由磁通量场产生的热量与由冷却剂流体的流动而移除的热量的一致性。
如在美国专利号6-528-771中所公开的，感应线圈34可以被连接至包括电源、控制元件、传感器和优选地包含水的流体冷却剂源(未示出)的温度控制系统。电源向感应线圈34供应交流电，这使线圈产生电磁通量场。流体冷却剂源向感应线圈34供应水，用于通过线圈循环且从模具中移除热能。传感器能够测量由电源供应的电力。替代地，或除了测量电源之外，传感器可以包括能够测量感应线圈34两端的压降的电压计。控制元件接收传感器输出并利用反馈回路中的测量值来调整由电源供应的电力。控制元件可以包括能够使用反馈来调整电源的电压输出的硬件、软件、固件或其组合。
图7示出用于根据具体安排执行图1中所见的操作106、108、110、112和114的计算机化系统。在该实施例中，上感受器20被布置在上加工模具10之下，而下感受器18被布置在下加工模具4之上。在固化过程期间，通过液压致动器46使上加工模具和下加工模具朝向彼此移动，其中工具闭合运动由图7中的箭头指示。电力以先前描述的方式通过供电电源48供应至感应线圈(未示出)。在固化和冷却之后，液压致动器46移开加工模具以允许固化的产品从模子中移除。液压致动器46和电源48(以及未示出在图9中的冷却剂源)在控制器44的控制下操作。控制器44可以是包含处理单元(例如，中央处理单元)和用于存储处理单元可读的程序的一些形式的存储器(即，计算机可读介质)的计算机或处理器。
计算机程序可以包括用于控制供电电源和液压致动器的操作的可设置的加工参数。例如，控制器44可以被编程对供电电源48和液压致动器46进行如下控制：(a)控制供电电源48以施加变化的低强度磁场直到智能感受器被加热到平衡温度，其中低强度磁场具有穿过智能感受器的表面的磁通量；(b)控制液压致动器46以至少在智能感受器的温度达到平衡温度时的时间后的一段时间期间施加等于固化压力的压缩力至预制件；以及(c)当施加固化压力时，控制供电电源48以施加具有穿过预制件的表面的磁通量的脉冲高强度磁场(未示在图7中)。高强度磁场的强度大于低强度磁场的峰值强度。高强度磁场的强度和脉冲率被选择，使得预制件的晶体相将在基本恒定的温度下快速振荡。脉冲高强度磁场被施加得足够长，以便在相振荡期间实现预制件的超塑性。
虽然已经参考各种实施例对本发明进行描述，但本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种变化且等同物可以替代各种实施例中的元件。此外，可以做出许多修改使特定情形适应于本文中的教条，而不脱离其基本范围。因而，权利要求不限于公开的特定实施例。
下面阐明的方法权利要求不应当被解释为需要其中记载的步骤以字母顺序或以它们被记载的顺序执行，且不应当被解释为排除在一个所述步骤的持续时间的至少一部分期间同时执行两个或更多步骤。

Claims (11)

1.一种用于固化由粉末制成的预制件(22)的方法，其包含：
将所述预制件(22)放置在智能感受器(18，20)之间；
通过施加变化的低强度磁场将所述智能感受器(18，20)加热到平衡温度，其中所述低强度磁场具有穿过所述智能感受器(18，20)的表面的磁通量；
至少在所述智能感受器(18，20)的温度达到所述平衡温度之后的一段时间期间，施加固化压力至所述预制件(22)；以及
当施加固化压力时，施加具有穿过所述预制件(22)的表面的磁通量的脉冲高强度磁场，
其中所述高强度磁场的强度大于所述低强度磁场的峰值强度，所述高强度磁场的强度和脉冲率被选择，使得所述预制件(22)的晶体相将在基本恒定的温度下快速振荡，且所述脉冲高强度磁场被施加得足够长，以便在相振荡期间实现所述预制件(22)的超塑性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述高强度磁场的强度大于或等于0.5特斯拉。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述低强度磁场的强度小于0.1特斯拉。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述高强度磁场的脉冲率为每秒多个脉冲。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述固化压力在5到20MPa的范围内。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述低强度磁场在0.5到10kHz的范围内的频率下交变。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述粉末包含铁基合金或钛基合金。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包含：
冷压实粉末以产生预制件(22)；以及
以无氧气体充满所述感应工具配件内部的空间。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包含在所述脉冲高强度磁场施加步骤之后并且在所述预制件(22)保持在所述第一和第二感受器(18，20)之间时执行的下列步骤：
对所述预制件(22)进行淬火；
对淬火后的预制件(22)进行回火；以及
将所述预制件(22)从所述感应工具配件中移除。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述预制件(22)具有超过使用热振荡固化的预制件的厚度限制的厚度。
11.一种用于固化由粉末制成的预制件(22)的设备，其包含：
第一和第二工具配件，其分别包含至少一个感应线圈(34)的相应部分和具有彼此相对的表面的第一和第二智能感受器(18，20)，所述第一工具配件可相对于所述第二工具配件移动，以便将压缩压力施加到布置在所述相对的表面之间的预制件(22)上；
供电电源(48)，其电连接至所述至少一个感应线圈(34)；
用于施加力至所述第一和第二工具配件中的一个或两个，使得所述相对的表面将施以压缩力到放置在其间的预制件(22)上的装置；以及，
控制器(44)，其被编程以对所述供电电源(48)和用于施加力的所述装置进行如下控制：
(a)控制所述供电电源(48)以施加变化的低强度磁场，直到所述智能感受器(18，20)被加热到平衡温度，其中所述低强度磁场具有穿过所述智能感受器(18，20)的表面的磁通量；
(b)控制用于施加力的所述装置以至少在所述智能感受器(22)的温度达到所述平衡温度时的时间之后的一段时间期间施加等于固化压力的压缩力至所述预制件(22)；以及
(c)当施加固化压力时，控制所述供电电源(48)以施加具有穿过所述预制件(22)的表面的磁通量的脉冲高强度磁场，
其中所述高强度磁场的强度大于所述低强度磁场的峰值强度，所述高强度磁场的强度和脉冲率被选择，使得所述预制件(22)的晶体相将在基本恒定的温度下快速振荡，且所述脉冲高强度磁场被施加得足够长，以便在相振荡期间实现所述预制件(22)的超塑性。
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