CN109128101A - 一种钛合金粉铸耦合成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种钛合金粉铸耦合成形方法，属于钛合金成形制造领域，可解决钛合金等高强轻质合金成形困难的问题。该方法包括内部模具制备、外部型壳制备、钛合金粉末选择、预处理、工艺参数选择和后期处理等步骤。该方法以粉末形式装料、以固液共存相的熔融态形式成形，兼具粉末冶金和精密铸造两种技术的优点，是一种创新型技术。该方法能克服传统工艺的缺点，具有独特优势：机加工少、周期短、材料利用率高、成本低，能实现近净成形、精确成形，成形零件性能优异，同时又具有装料简单、流动性好、界面结合好、内部组织均匀等诸多优点，而且还可以推广应用到其他高强轻质合金如铝合金等，具有良好的发展潜力。

Description

一种钛合金粉铸耦合成形方法
技术领域
本发明属于钛合金成形制造领域，特别是涉及钛合金零件精确成形方面，也可以推广应用到其它高强轻质合金。
背景技术
钛合金作为一种优越的轻质合金材料，具有密度低、比强度高、耐高温、耐腐蚀和与复合材料相容性好等特点，在航空航天领域上的应用越来越广泛。但是钛合金成形却存在诸多难题，如成形性差、控性难等。传统机械加工方法在成形钛合金零件时存在易磨损刀具、工艺复杂、加工周期长、材料浪费、成形困难等无法克服的问题。铸造不仅存在气孔、夹杂和偏析等内部缺陷，而且成形零件的各项力学性能和表面质量都较差。锻造需要专用的锻造设备，成本较高，而且无法制备具有内部型腔的零件。精密铸造虽然成形精度高、可以成形复杂零件，但是在浇注液面交界处存在熔缝、夹杂等缺陷；一般只开一个浇铸口，液体由于具有粘滞性难以完全填充；同时也存在整体加压困难、冷却不均匀等问题。
粉铸耦合技术，是在粉末冶金和精密铸造技术上进行改进，以粉末形式装料、以固液共存相的熔融态形式成形，同时具备两种技术的优点，是一种创新型技术。粉铸耦合技术兼具粉末成形和液体成形的优点，由于机加工少、材料利用率高，能实现近净成形、精确成形、成形零件性能优异，可以克服传统工艺的缺点，同时又具有装料简单、流动性好、界面结合好、内部组织均匀等诸多优点，具有良好的发展潜力。
发明内容
本发明提供的钛合金零件粉铸耦合成形方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)根据钛合金零件的内部特征设计制备出相应的内部模具。
2)根据钛合金零件外部形状设计制备出合理的外部型壳。
3)在型壳上开出相应的浇注口和补料口。
4)根根据钛合金零件的材料需求，制备出相应的钛合金粉末。
5)为了防止在运输、成形等过程中发生移动，将内部模具与外部型壳固定。
6)内部模具和外部型壳形成粉末的存储空间，将上述制备好的钛合金粉末装入空间内，并通过机械振动使其密实。
7)将上述整体装置放置在设备中进行抽真空处理。
8)设备第一次升温，使粉末熔化成固液共存相的熔融态。
9)设备施加压力，使熔融态粉末在压力下充分填充尖角、圆角等边界处的空隙，并通过补料口补料。
10)撤去压力，继续第二次升温，在内部模具和外部型壳的作用下，成形钛合金零件的特征。
11)去除型壳和模具，如有需要再经过少量机械精加工，最终成形符合要求的钛合金零件。
12)所述步骤1中内部模具的材料为石墨或者陶瓷等材料。
13)所述步骤2中外部型壳的材料为砂型材料、陶瓷型材料或者塑性不锈钢等材料。
14)所述步骤2中外部型壳上可开出尺寸较小的气孔，便于后续步骤9施加压力。
15)所述步骤3中根据填料和补料要求可以在型壳上开出合适的若干个浇注口和补料口。
16)所述步骤4中粉末材料为相应的钛合金粉末材料。
17)所述步骤7中设备的真空度不低于10-3Pa。
18)所述步骤8中升温至1.05-1.1T熔(T熔为对应钛合金的熔点)。
19)所述步骤9中施加的压力较小，1-5MPa即可。
20)所述步骤9中为了完全填充空隙，可以根据零件特征施加不等压力，控制熔融态粉末的流动。
21)所述步骤10中升温至1.1-1.2T熔(T熔为对应钛合金的熔点)。
22)根据所成形的钛合金零件和特征的不同，相应的外部型壳和内部模具的形状也不同，工艺参数也将根据原材料粉末以及零件的形状和特征进行相应的调整。
23)该技术也可以应用到其他高强轻质合金如铝合金等。
附图说明
图1为采用本发明提供的粉铸耦合成形方法成形典型钛合金盒型凸耳件的外部形状结构示意图。
图2为采用本发明提供的粉铸耦合成形方法成形典型钛合金盒型凸耳件的内部特征结构示意图。
图3为采用本发明提供的粉铸耦合成形方法成形典型钛合金盒型凸耳件时放入设备的整体装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明提供的粉铸耦合成形方法成形典型钛合金凸耳件进行详细说明。
如图1-图3所示，本发明提供的粉铸耦合成形方法成形典型钛合金盒型凸耳件包括下列步骤：
1)根据图2中钛合金典型件8的内部特征设计制备出相应的内部模具5，内部模具5的材料为石墨或者陶瓷等材料。
2)根据图1中钛合金典型件外部形状设计制备出合理的外部型壳3，外部型壳3的材料为砂型材料、陶瓷型材料或者塑性不锈钢等材料。
3)在型壳3上开出相应的浇注口2和补料口1。
4)根根据钛合金典型件8的材料需求，制备出相应的钛合金粉末4。
5)为了防止在运输、成形等过程中发生移动，将内部模具5与外部型壳3固定。
6)内部模具5和外部型壳3形成粉末的存储空间，将上述制备好的钛合金粉末4装入空间内，并通过机械振动使其密实。
7)将图3中的整体装置放置在设备中进行抽真空处理，真空度不低于10-3Pa。
8)设备升温至1.05-1.1T熔(T熔为对应钛合金的熔点)，使粉末4熔化成固液共存相的熔融态。
9)设备施加1-5MPa的小压力，使熔融态粉末在压力下充分填充尖角、圆角等边界处的空隙，并通过补料口1补料。
10)撤去压力，继续升温至1.1-1.2T熔(T熔为对应钛合金的熔点)，在内部模具5和外部型壳3的作用下，成形钛合金典型件8的特征。
11)去除型壳3和模具5，如有需要再经过少量机械精加工，最终成形符合要求的钛合金典型件8。
12)所述步骤2中外部型壳3上可开出尺寸较小的气孔，便于后续步骤9施加压力。
13)所述步骤3中根据填料和补料要求(如本例中图3的6处和7处)可以在型壳3上开出合适的若干个浇注口2和补料口1。
14)所述步骤9中为了完全填充空隙，可以施加不等压力，控制熔融态粉末的流动。
15)根据所成形的钛合金零件和特征的不同，相应的外部型壳3和内部模具5的形状也不同，工艺参数也将根据原材料粉末4以及零件的形状和特征进行相应的调整。
16)该技术也可以应用到其他高强轻质合金如铝合金等。

Claims (9)

1.一种钛合金粉铸耦合成形方法，其特征在于：所述的钛合金零件成形方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)根据钛合金零件的内部特征设计制备出相应的内部模具；
2)根据钛合金零件外部形状设计制备出合理的外部型壳；
3)在型壳上开出相应的浇注口和补料口；
4)根根据钛合金零件的材料需求，制备出相应的钛合金粉末；
5)为了防止在运输、成形等过程中发生移动，将内部模具与外部型壳固定；
6)内部模具和外部型壳形成粉末的存储空间，将上述制备好的钛合金粉末装入空间内，并通过机械振动使其密实；
7)将上述整体装置放置在设备中进行抽真空处理；
8)设备第一次升温，使粉末熔化成固液共存相的熔融态；
9)设备施加压力，使熔融态粉末在压力下充分填充尖角、圆角等边界处的空隙，并通过补料口补料；
10)撤去压力，第二次升温，在内部模具和外部型壳的作用下，成形钛合金零件的特征；
11)去除型壳和模具，如有需要再经过少量机械精加工，最终成形符合要求的钛合金零件。
2.权利要求1所述的内部模具材料为石墨或者陶瓷等材料；外部型壳的材料为砂型材料、陶瓷型材料或者塑性不锈钢等材料；粉末材料为相应的钛合金粉末材料。
3.权利要求1所述的外部型壳上可开出尺寸较小的气孔，便于后续施加压力。
4.权利要求1所述中根据填料和补料要求可以在型壳上开出合适的若干个浇注口和补料口。
5.权利要求1所述的真空度不低于10-3Pa。
6.权利要求1所述的第一次升温至1.05-1.1T熔(T熔为对应钛合金的熔点)；施加压力为1-5MPa；第二次升温至1.1-1.2T熔(T熔为对应钛合金的熔点)。
7.权利要求1所述中为了完全填充空隙，可以根据零件特征施加不等压力，控制熔融态粉末的流动。
8.根据所成形的钛合金零件和特征的不同，相应的外部型壳和内部模具的形状也不同，工艺参数也将根据原材料粉末以及零件的形状和特征进行相应的调整。
9.该技术也可以应用到其他高强轻质合金如铝合金等。
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