CN109759793A - 一种高温合金环形件与铜银合金粉固连接成形的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种高温合金环形件与铜银合金粉固连接成形的方法。该方法包括高温合金环形件的制备、铜银合金粉末的制备、包套的制备、装配及焊接、真空处理、热等静压过程控制和后期处理等步骤。本发明提出的一种高温合金环形件与铜银合金粉固连接成形的方法是采用热等静压设备，使铜银合金粉末在高温高压环境下填充至高温合金环形件内部特征中，并发生扩散连接，成形目标环形件。该方法除了能够较好地实现有特征的高温合金和铜银合金的连接，也能满足了无特征的高温合金和铜银合金的连接，避免连接层剥落、掉块、分层及与基体分离，连接层孔隙率较低，可实现良好的冶金结合。
Description
技术领域
本发明属于高温合金制造领域，特别是涉及高温合金与铜银合金连接成形方面。
背景技术
近些年，低膨胀系数的高温合金被广泛用于航空、航天、能源、冶金和石油化工等领域。在高温合金与铜银合金材料连接时，由于膨胀系数差异，采用传统的焊接，会存在连接层剥落、分层、孔隙率较高及连接强度不够等问题，对于带有内部特征的高温合金环形件连接成形时尤为明显。
粉固连接技术，是采用热等静压设备将高温、高压作用在零件上，使粉末材料致密化并通过原子快速移动、相互扩散，实现同种或异种材料紧密连接在一起的工艺。相比于传统的焊接技术，该技术具有连接强度高、微观结构完整、能实现不同材料之间的连接等优点，可实现良好的冶金结合。
发明内容
在此，本文提出一种高温合金环形件与铜银合金粉固连接成形的方法，包括按顺序进行的下列步骤：
1)环形件制备。根据高温合金与铜银合金环形连接件的结构特征制备出具有内部特征的高温合金环形件，其内径尺寸为基准加工，在外径和高度方向预留一定加工余量；且与包套符合间隙配合，即高温合金环形件外径与包套接触面留出一定间隙。
2)铜银合金制粉。将铜银合金制备成粉末状。
3)包套制备。根据高温合金连接件形状和粉固连接收缩情况，设计并加工出包套，该包套包括盖板和U形环槽两部分组成；盖板加工有抽真空管定位孔，U形环槽内部设计有环形件定位台阶，盖板和U形环槽装配符合间隙配合。
4)装配及焊接。将高温合金环形件装配在U形环槽内，再将盖板与U形环槽装配后并进行焊接，接着将制备好的铜银合金粉末装入包套内，并通过机械振动使其密实；在定位孔内塞上金属滤网，将抽真空管与盖板进行焊接。
5)真空处理。在室温和加热炉提供的高温下，采用抽真空的设备对包套进行抽真空处理；真空处理后，对抽真空管加热，用液压钳将抽真空管压紧，截断并进行封焊。
6)热等静压粉固连接。将上述封焊好的包套放进热等静压设备，在高温高压环境下，使高温合金环形件与铜银合金粉末发生填充和连接，生成连接件的半成品。
7)后期加工。利用机械加工的方法，去除包套及余料，得到高温合金与铜银环形连接件。
8)所述步骤1中，高温合金材料可以为GH907、GH903、GH909、GH600、GH4169等，接触表面需进行抛光处理，并进行丙酮超声清洗。
9)所述步骤2中，铜银合金中铜银比例可以变动，且可以为铜银锌等合金；铜银合金粉末在保护气氛下进行制粉，颗粒控制在60～325目。
10)所述步骤3中，包套材料为无氧铜，盖板和U形环槽采用机械加工制备，并进行丙酮超声清洗。
11)所述步骤4中，为防止包套氧化，在氩气保护下进行焊接。
12)所述步骤5中，室温下，包套真空度在10-3Pa以上；再加热至200℃后，真空度在10-3Pa以上再封焊。
13)所述步骤6中，热等静压处理时，升温升压1.5h至温度680～700℃，压力170～190MPa，保温保压3h，采用不放气降温1.5h至150℃，再放气泄压。
14)本发明提供的高温合金环形件与铜银合金粉固连接成形的方法是通过热等静压技术对高温合金环形件内表面扩散连接一层铜银合金。这种方法除了能够较好地实现有特征的高温合金和铜银合金的连接，也能满足了无特征的高温合金和铜银合金的连接，避免连接层剥落、掉块、分层及与基体分离，连接层孔隙率较低。铜银合金层厚度可以变动，且除铜银合金材料外，其他含铜的合金均可采用该方法与高温合金进行扩散连接。
附图说明
图1为采用本发明提供的高温合金环形件与铜银合金粉固连接成形的方法时所成形的连接件的结构示意图。
图2为采用本发明提供的高温合金环形件与铜银合金粉固连接成形的方法时包套的盖板、U形环槽的结构示意图。
图3为采用本发明提供的高温合金环形件与铜银合金粉固连接成形的方法时装配后的结构示意图。
图4为采用本发明提供的高温合金环形件与铜银合金粉固连接成形的方法时热等静压成形后的高温合金环形件零件半成品的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实例对本发明提供的高温合金环形件与铜银合金粉固连接成形的方法进行详细说明。
如图1—图4所示，本发明提供的高温合金环形件与铜银合金粉固连接成形的方法包括
按顺序进行的下列步骤：
1)根据高温合金与铜银合金环形连接件7的结构特征制备出具有内部特征的高温合金环形件5，其内径尺寸为基准加工，在外径和高度方向预留一定加工余量；且与包套符合间隙配合，即高温合金环形件5)外径与接触面留出一定间隙。高温合金材料可以为GH907、GH903、GH909、GH600、GH4169等；接触表面需进行抛光处理，并进行丙酮超声清洗。
2)将铜银合金制备成粉末状6。铜银合金中铜银比例可以变动，且可以为铜银锌等合金；铜银合金粉末在保护气氛下进行制粉，颗粒控制在60～325目。
3)根据高温合金连接件7形状和粉固连接收缩情况，设计并加工出包套，该包套包括盖板1和U形环槽2；盖板1加工有抽真空管定位孔，U形环槽2内部设计有环形件定位台阶，盖板1和U形环槽2装配符合间隙配合。包套材料为无氧铜，采用机械加工制备，并进行丙酮超声清洗。
4)将高温合金环形件5装配在U形环槽2内，再将盖板1与U形环槽2装配后并进行焊接，接着将制备好的铜银合金粉末6装入包套内，并通过机械振动使其密实；在定位孔内塞上金属滤网4，将抽真空管3与盖板1进行焊接。为防止包套氧化，在氩气保护下进行焊接。
5)在室温和加热炉提供的高温下，采用抽真空的设备对包套进行抽真空处理；真空处理后，对抽真空管3加热，用液压钳将抽真空管3压紧，截断并进行封焊。室温下，包套真空度在10-3Pa以上；再加热至200℃后，真空度在10-3Pa以上再封焊。
6)将上述封焊好的包套放进热等静压设备，在高温高压环境下，使高温合金环形件5与铜银合金粉末6发生填充和连接，生成连接件的半成品8。热等静压处理时，升温升压1.5h至温度680～700℃，压力170～190MPa，保温保压3h，采用不放气降温1.5h至150℃，再放气泄压至室温室压。
7)利用机械加工的方法，去除包套及余料，得到高温合金与铜银环形连接件7。
8)根据所形成的高温合金与铜银环形连接件形状和特征的不同，相应的盖板、U形环槽、高温合金环形件的形状有所不同，比如高温合金环形件内部特征也可根据零件需求进行变动，甚至可以省去。热等静压的处理条件将根据高温合金、铜银合金材料及包套材料进行相应的调整；连接材料铜银合金外，其他含铜合金均可采用该方法与高温合金进行扩散连接。
Claims (8)
1.一种高温合金环形件与铜银合金粉固连接成形的方法，其特征在于：所述的一种高温合金环形件与铜银合金粉固连接成形的方法，包括按顺序进行的下列步骤：
1)根据高温合金与铜银合金环形连接件(7)的结构特征制备出具有内部特征的高温合金环形件(5)，其内径尺寸为基准加工，在外径和高度方向预留一定加工余量；且与包套符合间隙配合，即高温合金环形件(5)外径与接触面留出一定间隙。
2)将铜银合金制备成粉末状(6)。
3)根据高温合金连接件(7)形状和粉固连接收缩情况，设计并加工出包套，该包套包括盖板(1)和U形环槽(2)；盖板(1)加工有抽真空管定位孔，U形环槽(2)内部设计有环形件定位台阶，盖板(1)和U形环槽(2)装配符合间隙配合。
4)将高温合金环形件(5)装配在U形环槽(2)内，再将盖板(1)与U形环槽(2)装配后并进行焊接，接着将制备好的铜银合金粉末(6)装入包套内，并通过机械振动使其密实；在定位孔内塞上金属滤网(4)，将抽真空管(3)与盖板(1)进行焊接。
5)在室温和加热炉提供的高温下，采用抽真空的设备对包套进行抽真空处理；真空处理后，对抽真空管(3)加热，用液压钳将抽真空管(3)压紧，截断并进行封焊。
6)将上述封焊好的包套放进热等静压设备，在高温高压环境下，使高温合金环形件(5)与铜银合金粉末(6)发生填充和连接，生成连接件的半成品(8)。
7)利用机械加工的方法，去除包套及余料，得到高温合金与铜银环形连接件(7)。
2.权利要求1所述的高温合金材料可以为GH907、GH903、GH909、GH600、GH4169等；接触表面需进行抛光处理，并进行丙酮超声清洗。
3.权利要求1所述的铜银合金中铜银比例可以变动，且可以为铜银锌等合金；铜银合金粉末在保护气氛下进行制粉，颗粒控制在60～325目。
4.权利要求1所述的包套材料为无氧铜，盖板和U形环槽采用机械加工制备，并进行丙酮超声清洗。
5.权利要求1所述的为防止包套氧化，在氩气保护下进行焊接。
6.权利要求1所述的室温下，包套真空度在10-3Pa以上；再加热至200℃后，真空度在10- 3Pa以上再封焊。
7.根据权利要求1所述的热等静压处理时，升温升压1.5h至温度680～700℃，压力170～190MPa，保温保压3h，采用不放气降温1.5h至150℃，再放气泄压至室温室压。
8.本发明也能满足了无特征的高温合金和铜银合金的连接，铜银合金层厚度可以变动，且除铜银合金材料外，其他含铜的合金均可采用该方法与高温合金进行扩散连接。
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