CN111093863B - 构件 - Google Patents

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Abstract

一种组件(2)，包括刚性、自支撑的AM构件(4)，AM构件(4)为T形管道形式，具有细长部分(6)和部分(2)，细长部分(6)在其两个端部(8，10)处开口，部分(2)横向地延伸至细长部分(6)，并且在其端部(13)处开口。构件(4)形成经受了热等静压(HIP)的封壳的内壁。封壳的外壁由金属板部分(在图1中标号为14并且参照图3至图5进行更详细地描述)限定，并且封壳的外壁被设置以限定通过HIP制备的最终构件的至少一部分的外部形状。在它的内壁和外壁之间限定了空隙，将粉末状的金属(16)引入至所述空隙中。因此，封壳包住了粉末状的金属(16)。在使用中，使所述组件经受HIP，并且之后，去除封壳的金属板部分以限定最终构件，最终构件包括AM构件(4)和经受了HIP的粉末(16)二者。

Description

构件
技术领域
本发明涉及构件，并且尤其(但并非仅仅)涉及一种制备金属构件的方法和以所述方法制备的构件本身。优选的实施例涉及热等静压(HIP)的使用。
背景技术
由于对于生产复杂形状的构件(该构件在油和天然气应用、化学应用、石油化工应用、核应用和一般工业应用和其他应用中的泵、管道、阀门、歧管和通用构件中的所选表面上具有增强的性能(例如，以提高耐腐蚀性、耐磨损性或者耐磨蚀性))的需求日益增长，对于生产适合于满足严格要求的多金属构件的需求也在日益增长。传统的制造方法，包括堆焊层(weld overlay)、表面涂覆、机械固定和其他包层技术，均限于视线内涂覆，或者均仅适用于以允许覆层技术、焊接技术或者机械覆盖技术使用的简单的内部几何结构。与应用这些覆盖技术的使用相关的问题造成焊接、涂覆或者机械键合的失败的高风险，并且导致昂贵的质量检测、机械再加工和涂覆、覆层或者机械覆盖的再应用，这显著地增加了制造成本。
使用包封了粉末状金属的软钢板封壳(capsule)，然后使封壳经受热等静压，来生产相对比较复杂形状的构件是已经确定的制造方法。在这样的方法中，在热等静压之后去除钢封壳是标准惯例，导致单个均一的构件具有近净形状的构造。构件的材料性质自始至终是均匀的。在许多应用中，可能希望包括位于构件的多个限定区内的不同特性的多种材料，所述构件可以受益于这些材料特性。然而，出于制造的一致性和对放置不同材料的控制，难以在相同的钢封壳内准确地含有不同的粉末材料。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题。
根据本发明的第一方面，提供一种生产构件(在本文中是“经受了热等静压(HLPed)的构件”)的方法，所述方法包括：
(i)选择增材制造的(AM)元件；
(ii)构建封壳，所述封壳被设置以限定所述经受了热等静压的构件的至少一部分，其中，由所述AM元件至少部分地限定所述封壳的第一区；和
(iii)使所述封壳经受热等静压。
所述封壳的所述第一区可以是弯曲的或者平面的。优选地，所述第一区是弯曲的。优选地，所述第一区包括以至少30°、至少60°、至少90°、至少120°、至少150°或者至少180°的角度弯曲的表面。所述第一区的所述表面可以以至少270°的角度弯曲。所述第一区的所述表面可以以360°的角度弯曲。在这种情况下，所述第一区的所述表面在截面上可以是圆形的。
优选地，所述封壳的所述第一区限定所述封壳的内壁。优选地，所述封壳的所述第一区不包括属于封壳的外表面(即暴露在外部的封壳的表面)的一部分的任何表面。优选地，所述第一区位于封壳的其他区的内部，并且更优选地，所述第一区被封壳的其他区完全包封，适宜地，所述封壳的其他区不由所述AM元件限定。
所述封壳的所述第一区可以在第一方向上延伸。所述封壳的所述第一区可以围绕在所述第一方向上延伸的细长轴延伸。
所述封壳的所述第一区可以围绕空隙(例如，第一区的内部)延伸和/或限定空隙，空隙可以是在所述第一方向上延伸的细长空隙。
优选地，由所述AM元件至少部分地限定所述封壳的第二区。
所述封壳的第二区可以是弯曲的或者平面的。优选地，所述第二区是弯曲的。优选地，所述第二区包括以至少30°、至少60°、至少90°、至少120°、至少150°或者至少180°的角度弯曲的表面。所述第二区的所述表面可以弯曲至少270°的角度。所述第二区的所述表面可以以360°的角度弯曲。在这种情况下，所述第二区的所述表面在截面上可以是圆形的。
所述封壳的所述第二区可以限定所述封壳的内壁。优选地，所述封壳的所述第二区不包括属于封壳的外表面(即暴露在外部的封壳的表面)的一部分的任何表面。优选地，所述第二区位于封壳的其他区的内部，并且更优选地，所述第二区被封壳的其他区完全包封，适宜地，所述封壳的其他区不由所述AM元件限定。
所述封壳的所述第二区可以在第二方向上延伸。所述封壳的所述第二区可以围绕在所述第二方向上延伸的细长轴延伸。
所述封壳的所述第二区可以围绕空隙(例如，第二区的内部)延伸和/或限定空隙，所述空隙可以是细长的空隙。所述空隙可以在所述第二方向上延伸。
所述第一方向和所述第二方向可以向彼此横向地延伸，例如以至少20°、至少60°或者至少85°的角度向彼此横向地延伸。在一个实施例中，所述第一方向和所述第二方向以大约90°的角度向彼此延伸。
可以由所述AM元件限定所述封壳的一个或者多个其他区。
所述AM元件可以限定所述封壳的一个或者多个区，例如提到的所述第一区和所述第二区以及可选的其他区。AM元件可以限定相对复杂的形状和/或构造。优选地，它包括开口(例如贯穿通道)，适宜地，所述开口从AM元件上的第一位置延伸至元件上的第二位置。适宜地在AM元件内，适宜地在第一位置和第二位置之间限定空隙。AM元件可以限定多个贯穿通道。它可以包括至少部分地向彼此横向地延伸的多个贯穿通道。它可以包括多个空隙，例如，除了提供位于所述第一位置和所述第二位置之间的空隙之外，它可以包括位于第三位置和第四位置之间的空隙，其中，适宜地，所述第三位置和所述第四位置与所述第一位置和所述第二位置隔开。
在所述封壳中，优选地，所述AM元件不包括属于封壳的外表面(即暴露在外部的封壳的表面)的一部分的任何表面。优选地，所述AM元件位于封壳的其他区的内部，优选地，所述封壳的其他区不由AM元件的任意部分限定。优选地，所述AM元件被所述封壳的其他区完全包封，适宜地，所述封壳的其他区不由AM元件的任意部分限定。
优选地，所述AM元件是实质上均一的。优选地，它由单类材料制成和/或由单类材料组成。优选地，所述AM元件包括金属，所述金属可以是合金。优选地，所述AM元件抗酸的腐蚀。
所述AM元件可以包括选自低合金钢、奥氏体不锈钢、镍基合金、Co-Cr、钛合金和双相和超级双相不锈钢的材料。优选地，所述AM元件主要由选自低合金钢、奥氏体不锈钢、镍基合金、Co-Cr、钛合金和双相和超级双相不锈钢的材料组成。
优选地，所述AM元件被设计和构建为足够结实(strong)以使它能够限定所描述的所述封壳的部分。优选地，它能够保持气密(例如对于氦气)密封，并且在高温和高压下在热等静压期间保留这种气密膜。优选地，所述AM元件由可焊接材料制成，和/或所述AM元件足够结实使得它能够被焊接至不由所述AM元件进行限定的所述封壳的其他区。
可选地，所述AM元件本身可以通过堆焊层技术、表面涂覆技术、机械固定技术和其他技术来含有包覆元件，以提高它的强度和/或性能。在一个实施例中，AM产品可以是AM制造技术的直接产品，在用于所述方法中之前，所述AM元件需要最低限度的后处理或者实质上不需要后处理。
优选地，在步骤(i)中选择的所述AM元件是刚性的和自支撑的。优选地，除了AM元件在所述方法中经受了热等静压、并且因此所选择的所述AM元件被适宜地致密化并且经历了收缩(例如等轴收缩)之外，所选择的所述AM元件与其在经受了热等静压的构件中的形式相同。优选地，除了经受了热等静压之外，在步骤(i)中的选择之后，AM元件的形状实质上没有改变。
所述方法可以包括在步骤(i)中制造AM元件，例如使用激光或者电子束焊接(EBW)技术、粉末床技术和送丝建造(wire fed build)技术制造AM元件。
在步骤(i)中选择的所述AM元件本身可以由(例如在步骤(i)之前通过焊接)固定在一起的第一AM部分和第二AM部分制成。可替代地，可以对第一AM部分和第二AM部分进行选择，并且在步骤(ii)中，将第一AM部分和第二AM部分与其他封壳元件(例如在后文描述的其他封壳元件，其他封壳元件可以不包括AM元件)一起形成封壳。
可以基于建造技术和基于作为步骤(i)的一部分将多于一个的AM部分焊接在一起以构建比可能由建造技术直接获得的元件更大的AM元件的可能性，以各种尺寸设计和构建AM元件。适宜地，AM元件的最大尺寸受限于封壳整体的最大尺寸，封壳可以已经经受了热等加压。
AM元件(例如用于阀门零件的AM元件)通常可以占到经受了热等静压的构件的总体积的高达40％，但是对于阀门零件或者其他零件，可以更多或者更少。在优选的实施例中，AM元件可以占到经受了热等静压的构件的总体积的10-60％，例如10-40％或者20-40％。
优选地，AM元件相对比较结实并且具有高耐腐蚀和耐化学性以及耐磨蚀或者耐磨损或磨损性。
在步骤(II)中，所述方法适宜地包括围绕所述AM元件构建封壳的区，适宜地使得由所述AM元件限定所述封壳的所述第一区，并且可选地、但是优选地，由所述AM元件限定所述封壳的所述第二区(当提供时)。所述方法可以包括将所述AM元件完全包围在内部。优选地，所述AM元件限定所述封壳的内壁。
方法的步骤(ii)可以包括选择封壳元件(A)并且将它固定至(优选地直接固定至)AM元件。所述封壳元件(A)可以被设置以覆盖所述AM元件的至少一部分。它可以被设置以覆盖AM元件的末端。它可以被设置以覆盖所述AM元件的开口，例如通道或者管道段。它可以被设置以覆盖AM元件的第一区(当提供时)的至少一部分。所述封壳元件(A)和AM元件可以通过焊接固定在一起，例如通过钨惰性气体(tungsten inert gas，TIG)焊接、金属惰性气体(metal inert gas，MIG)焊接或者电子束焊接固定在一起。优选地，所述封壳元件(A)与AM元件被固定，例如焊接，以便在两个元件之间限定气密(例如对氦气)密封。
所述封壳元件(A)可以由相较于所述AM元件的材料相同的材料或者不同的材料制成。优选地，所述封壳元件(A)由相较于所述AM元件的材料不同的材料制成。
优选地，所述封壳元件(A)包括金属，更优选地，所述封壳元件(A)主要由金属组成。所述封壳元件(A)在液体制剂中可以是可溶解的，液体制剂随后与AM元件和封壳元件(A)的组合接触，从而可以通过溶解去除封壳元件(A)。封壳元件(A)可以被设置以在所述方法中被牺牲，或者可以不被去除并且留在原处。然而，优选地，封壳元件(A)可以被设置以在所述方法中被牺牲，也就是说，它在所述方法中被去除并且不保留在经受了热等静压的构件中。优选地，所述封壳元件(A)包括金属，更优选地，所述封壳元件(A)主要由金属组成，所述金属例如选自软钢、不锈钢、钛和铝。
优选地，所述封壳元件(A)包括固定至AM元件的板材。优选地，所述板材被成形以限定经受了热等静压的构件的近净成形的区。优选地，所述封壳元件(A)，例如所述板材，具有通常在2-5mm的范围内的厚度，并且可以具有更厚的区段，以控制形状和定向致密化。
方法的步骤(ii)可以包括：(适宜地，除了选择封壳元件(A)之外)选择封壳元件(B)，并且优选地将它固定至(优选地，直接固定至)AM元件。封壳元件(B)可以被设置以覆盖AM元件的末端。它可以被设置以覆盖所述AM元件的开口，例如通道或者管道段。它可以被设置以覆盖AM元件的第二区(当提供时)的至少一部分。所述封壳元件(B)和AM元件可以通过焊接固定在一起。优选地，所述封壳元件(B)与AM元件被固定，例如焊接，以便在两个元件之间限定气密(例如对氦气)密封。
优选地，封壳元件(A)和封壳元件(B)是隔开的。优选地，它们不毗连。
相较于所述AM元件的材料，所述封壳元件(B)可以由相同的材料或者不同的材料制成。
优选地，所述封壳元件(B)包括金属，更优选地，所述封壳元件(B)主要由金属组成。所述封壳元件(B)在液体制剂中可以是可溶解的，液体制剂随后与AM元件和封壳元件(B)的组合接触，从而可以通过溶解去除封壳元件(B)。然而，优选地，封壳元件(B)可以被设置以在所述方法中被牺牲，也就是说，它在所述方法中被去除并且不保留在经受了热等静压的构件中。封壳元件(B)可以被设置以在所述方法中被牺牲，或者可以不被去除并且留在原处。
优选地，所述封壳元件(B)包括金属，更优选地，所述封壳元件(B)主要由金属组成，所述金属例如选自软钢、不锈钢、钛和铝。
优选地，所述封壳元件(B)包括固定至AM元件的板材。优选地，所述板材被成形以限定经受了热等静压的构件的近净成形的区。优选地，所述封壳元件(B)，例如所述板材，具有通常在2-5mm的范围内的厚度，并且可以具有更厚的区段，以控制形状和定向致密化。
方法的步骤(ii)可以包括：(适宜地，除了选择封壳元件(A)和封壳元件(B)之外)选择封壳元件(C)，并且优选地将它固定至(优选地，直接固定至)AM元件。封壳元件(C)可以被设置以覆盖AM元件的末端。它可以被设置以覆盖所述AM元件的开口，例如通道或者管道段。它可以被设置以覆盖AM元件的第三区的至少一部分。所述封壳元件(C)和AM元件可以通过焊接固定在一起。优选地，所述封壳元件(C)与AM元件被固定，例如焊接，以便在两个元件之间限定气密(例如对氦气)密封。
优选地，封壳元件(C)与封壳元件(A)和封壳元件(B)都是隔开的。
相较于所述AM元件的材料，所述封壳元件(C)可以由相同的材料或者不同的材料制成。优选地，相较于所述AM元件的材料，封壳元件(C)由不同的材料制成。
优选地，所述封壳元件(C)包括金属，更优选地，所述封壳元件(C)主要由金属组成。所述封壳元件(C)在液体制剂中可以是可溶解的，液体制剂随后与AM元件和封壳元件(C)的组合接触，从而可以通过溶解去除封壳元件(C)。封壳元件(C)可以被设置以在所述方法中被牺牲，或者可以不被去除并且留在原处。然而，优选地，封壳元件(C)可以被设置以在所述方法中被牺牲，也就是说，它在所述方法中被去除并且不保留在经受了热等静压的构件中。
优选地，所述封壳元件(C)包括金属，更优选地，所述封壳元件(C)主要由金属组成，所述金属例如选自软钢、不锈钢、钛和铝。
优选地，所述封壳元件(C)包括固定至AM元件的板材。优选地，所述板材被成形以限定经受了热等静压的构件的近净成形的区。优选地，所述封壳元件(C)，例如所述板材，具有通常在2-5mm的范围内的厚度，并且可以具有更厚的区段，以控制形状和定向致密化。
方法的步骤(ii)可以包括：(适宜地，除了选择封壳元件(A)、可选的封壳元件(B)和可选的封壳元件(C)之外)选择封壳元件(D)，并且优选地，将它相对于AM元件进行固定(但是不一定直接固定至AM元件)。元件(D)可以被设置以覆盖AM元件的区域。所述封壳元件(D)可以被固定至其他区，所述其他区被设置以通过焊接限定封壳。优选地，所述封壳元件(D)被固定，例如焊接，以便在所述封壳元件(D)和其他区之间限定气密(例如对氦气)密封，所述其他区被设置以限定其所固定到的封壳。
封壳元件(D)可以桥接封壳元件(A)和封壳元件(B)和可选的封壳元件(C)。优选地，封壳元件(D)被固定(例如被焊接)至封壳元件(A)，适宜地，以便在两个元件之间限定气密(例如对氦气)密封。优选地，封壳元件(D)被固定(例如被焊接)至封壳元件(B)，适宜地，以便在两个元件之间限定气密(例如对氦气)密封。
相较于所述AM元件的材料，所述封壳元件(D)可以由相同的材料或者不同的材料制成。优选地，相较于所述AM元件的材料，封壳元件(D)由不同的材料制成。
优选地，所述封壳元件(D)包括金属，更优选地，所述封壳元件(D)主要由金属组成。所述封壳元件(D)在液体制剂中可以是可溶解的，液体制剂随后与AM元件和封壳元件(D)的组合接触，从而可以通过溶解去除封壳元件(D)。封壳元件(D)可以被设置以在所述方法中被牺牲，或者可以不被去除并且留在原处。然而，优选地，封壳元件(D)可以被设置以在所述方法中被牺牲，也就是说，它在所述方法中被去除并且不保留在经受了热等静压的构件中。
优选地，所述封壳元件(D)包括金属，更优选地，所述封壳元件(D)主要由金属组成，所述金属例如选自软钢、不锈钢、钛和铝。
优选地，所述封壳元件(D)包括相对于AM元件进行固定的板材。优选地，所述板材被成形以限定经受了热等静压的构件的近净成形的区。优选地，所述封壳元件(D)，例如所述板材，具有通常在2-5mm的范围内的厚度，并且可以具有更厚的区段，以控制形状和定向致密化。
方法的步骤(ii)可以包括：(适宜地，除了选择封壳元件(A)、封壳元件(B)和封壳元件(D)(至少)之外)选择封壳元件(E)，并且优选地，将它固定至AM元件。元件(E)可以被设置以覆盖AM元件的区域。所述封壳元件(E)和AM元件可以被固定至其他区，所述其他区被设置以通过焊接限定封壳。优选地，所述封壳元件(E)被固定，例如焊接，以便在封壳元件(A)和封壳元件(D)之间以及封壳元件(B)和封壳元件(D)之间限定气密(例如对氦气)密封。
封壳元件(E)可以桥接封壳元件(A)和封壳元件(B)和可选的封壳元件(C)。优选地，封壳元件(E)被固定(例如被焊接)至封壳元件(A)，适宜地，以便在两个元件之间限定气密(例如对氦气)密封。优选地，封壳元件(E)被固定(例如被焊接)至封壳元件(B)，适宜地，以便在两个元件之间限定气密(例如对氦气)密封。
相较于所述AM元件的材料，所述封壳元件(E)可以由相同的材料或者不同的材料制成。优选地，相较于所述AM元件的材料，封壳元件(E)由不同的材料制成。
优选地，所述封壳元件(E)包括金属，更优选地，所述封壳元件(E)主要由金属组成。所述封壳元件(E)在液体制剂中可以是可溶解的，液体制剂随后与AM元件和封壳元件(E)的组合接触，从而可以通过溶解去除封壳元件(E)。封壳元件(E)可以被设置以在所述方法中被牺牲，或者可以不被去除并且留在原处。然而，优选地，封壳元件(E)可以被设置以在所述方法中被牺牲，也就是说，它在所述方法中被去除并且不保留在经受了热等静压的构件中。
优选地，所述封壳元件(E)包括金属，更优选地，所述封壳元件(E)主要由金属组成，所述金属例如选自软钢、不锈钢、钛和铝。
优选地，所述封壳元件(E)包括相对于AM元件进行固定的板材。优选地，所述板材被成形以限定经受了热等静压的构件的近净成形的区。优选地，所述封壳元件(E)，例如所述板材，具有通常在2-5mm的范围内的厚度，并且可以具有更厚的区段，以控制形状和定向致密化。
在优选的实施例中，所述封壳包括被隔开的封壳元件(A)和封壳元件(B)以及桥接封壳元件(A)和封壳元件(B)之间的间隙的封壳元件(D)和封壳元件(E)，并且在所述方法中，将封壳元件(D)和封壳元件(E)焊接至封壳元件(A)和封壳元件(B)两者，并且将封壳元件(C)和封壳元件(D)焊接至彼此。
因此，优选地，在所述方法的步骤(ii)中，对单独(individual)的(并且优选地，分开(separate)的)封壳元件(A)、(B)、(C)、(D)和(E)(和可选的附加封壳元件，适宜地，所述附加封壳元件由如所述的用于封壳元件(A)的板材适宜地制成)进行选择，并且将其围绕所述AM元件放置，并且随后如所描述的那样相对于彼此进行固定(例如焊接)。
优选地，在所述方法中，封壳元件(A)、(B)、(C)、(D)和/或(E)(和可选的附加封壳元件，适宜地，所述附加封壳元件由如所述的用于封壳元件(A)的板材适宜地制成)实质上完全包围和/或包封AM元件。优选地，封壳元件(A)、(B)、(C)、(D)和/或(E)(和可选的所描述的所述附加封壳元件)被设置以限定经受了热等静压的构件的近净成形的外表面。优选地，所述AM元件被设置以限定经受了热等静压的构件的近净成形的内表面的至少一部分。
在所述方法的步骤(ii)中，适宜地构建封壳，封壳包括所述AM元件，具有围绕AM元件的至少一部分(优选地，实质上整个AM元件)适宜地限定的空隙。当所述封壳包括封壳元件(A)时，空隙可以被限定在封壳元件(A)和所述AM元件之间。空隙可以被至少部分地限定在所述AM元件和封壳元件(A)、(B)和(D)(当提供时)之间。所述空隙可以被限定在所述AM元件和封壳元件(A)、(B)、(C)、(D)和/或(E)之间。
实施例(A)(参照图1至图6所描述的内容的具体示例)可以包括如上文所描述的所有特征。在实施例(B)(参照图7至图11所描述的内容的具体示例)中，可以包括更少的所述特征。
在所述实施例(B)中，方法可以是如在所述第一方面描述的方法。在这种情况下，所述封壳的所述第一区可以是弯曲的，并且优选地，它以360°的角度弯曲。适宜地，所述第一区具有如上文所描述的第一区的任何特征。
实施例(B)可以不包括如上文所描述的所述封壳的第二区。
实施例(B)的所述AM元件可以限定相对比较复杂的形状和/或构造。优选地，它包括多个开口，例如通道，所述开口可以围绕AM元件的轴延伸。
在实施例(B)的所述封壳中，所述AM元件可以是对实施例(A)如上文所描述的那样(并且可以如上文所描述的那样制造)。
在实施例(B)的步骤(ii)中，适宜地，所述方法包括围绕所述AM元件构建封壳的区，适宜地，使得由所述AM元件限定所述封壳的所述第一区。所述方法的步骤(ii)可以包括：选择封壳元件(A)(封壳元件(A)可以是圆柱形的)，并且将它固定至(优选地，直接固定至)AM元件。所述封壳元件(A)可以被设置以覆盖所述AM元件的至少一部分。它可以被设置以覆盖AM元件的第一区的至少一部分。所述封壳元件(A)和AM元件可以通过焊接固定在一起。优选地，所述封壳元件(A)包括固定至AM元件的板材。优选地，所述板材被成形以限定经受了热等静压的构件的近净成形的区。
所述方法的实施例(B)的步骤(ii)可以包括：(适宜地，除了选择封壳元件(A)之外)，选择封壳元件(B)(适宜地，封壳元件(B)是端盖，所述端盖可以是平面的)，并且优选地，将它固定至(优选地，直接固定至)AM元件。封壳元件(B)可以被设置以覆盖AM元件的末端。它可以被设置以覆盖所述AM元件的开口，例如通道或者管道段。所述封壳元件(B)和AM元件可以通过焊接固定在一起。
优选地，所述封壳元件(B)包括固定至AM元件的板材。
所述方法的实施例(B)的步骤(ii)可以包括：(适宜地，除了选择封壳元件(A)和封壳元件(B)之外)，选择封壳元件(C)(适宜地，封壳元件(C)是端盖，所述端盖可以是平面的)，并且优选地，将它固定至(优选地，直接固定至)AM元件。封壳元件(C)可以被设置以覆盖AM元件的末端。它可以被设置以覆盖所述AM元件的开口，例如通道或者管道段。所述封壳元件(C)和AM元件可以通过焊接固定在一起。
在实施例(B)的步骤(ii)中，适宜地构建封壳，所述封壳包括所述AM元件，具有围绕AM元件的至少一部分适宜地限定的空隙。当所述封壳包括封壳元件(A)时，空隙可以被限定在封壳元件(A)和所述AM元件之间。所述空隙可以被至少部分地限定在所述AM元件和封壳元件(A)、(B)和(C)之间。
在方法的步骤(ii)中(其可以适用于实施例(A)或者实施例(B))，优选地，所述封壳构建有开口，以提供从封壳外部进入封壳(例如进入适宜地围绕AM元件限定的封壳的空隙)的通路。管道可以与所述开口相关联，用于将固体和/或流体输送至空隙中，和/或将流体从空隙去除，例如排出空隙中的空气。
在优选的实施例中，步骤(iii)包括：通过选择至少三个单独的和/或分开的由板材(例如金属板)适宜地制备的元件(例如，封壳元件，所述封壳元件选自对实施例(A)进行描述的封壳元件(A)至(E)或者实施例(B)的元件(A)、(B)和(C))，并且围绕AM元件布置所述三个元件以限定具有围绕AM元件限定的空隙的封壳，来构建所述封壳。优选地，选择充足数量的单独的和/或分开的元件，并且围绕AM元件进行布置，以使得AM元件相对于封壳的其他元件位于内部。
在步骤(ii)之后并且在步骤(iii)之前，可以测试所述封壳，适宜地，以确认它是气密的。这可以包括(例如，通过被设置以提供进入封壳的通路的开口)将气体(例如氦气)引入限定于封壳内的空隙中，并且评估是否有任何气体从封壳泄漏。
在步骤(iii*)(适宜地，其在步骤(i)之后并且在步骤(iii)之前)中，优选地，将粉末引入封壳中，例如引入限定于封壳内的所述空隙中。优选地，粉末包括金属，更加优选地，粉末主要由金属组成。金属可以选自不锈钢、Ni合金、Ti合金和CoCr合金以及金属基/复合合金，不锈钢包括奥氏体不锈钢、铁素体和马氏体级不锈钢、双相不锈钢和超级双相不锈钢。优选地，金属粉末的直径小于500微米。可以填充高达封壳空隙的100％体积的金属粉末。将金属粉末填充至封壳空隙中，并且优选地可以振动金属粉末，以获得已知的粉末填充重量和最佳的粉末堆积密度。
相较于构成AM元件的材料，引入的粉末可以是相同的材料或者可以具有不同的特性，例如它可以在化学上不同。优选地，它具有不同的特性。粉末可以包括(例如作为主要量)第一金属，并且所述AM元件可以包括第二金属，其中，适宜地，所述第一金属和第二金属是不同的。
在步骤(ii)之后，封壳的外表面的形状可以与AM元件的形状不对应，和/或可以相较于AM元件的形状而不同。因此，外表面的形状可以并非简单地被配置以用步骤(iii)之后的源自于所述粉末的厚度实质上恒定的层来包覆AM元件。适宜地，可以在步骤(ii)中构建封壳，以使得在步骤(iii)之后，在AM元件上限定源自于所述粉末的不同厚度的多个层。例如，所述AM元件上的一个区可以包括厚度为x的层，第二区可以包括厚度为至少1.2倍的层，第三区可以包括厚度为至少2倍的层。可选地，第四区可以包括厚度为3倍或者至少5倍的层。
在步骤(iii*)之后，优选地，所述方法包括排空封壳，例如排空限定于封壳中的空隙。可以在封壳中抽真空，例如，通过将真空装置附接至被设置以提供进入封壳的通路的开口来在封壳中抽真空。在排空封壳之后，优选地，所述方法包括密封封壳，例如关闭被设置以提供进入封壳的通路的开口来密封封壳。
优选地，步骤(iii)包括：将封壳放置于热等静压系统中并且使它在预定的时间内(例如基于构件的材料壁厚和总重量)承受预定的压力(例如范围在100-200Mpa之间)和温度(例如范围在500-1250℃之间)。
优选地，进行步骤(iii)以获得100％密度的AM元件和粉末(引入封壳中的粉末)。
优选地，经受了热等静压的构件是完全致密的。
在步骤(iii)中，适宜地，引入的粉末扩散键合至AM元件的金属。键合的金属粉末和AM元件将具有与使用锻造件或者铸件制造的经涂覆或者经焊接包覆的构件不同的微结构。金属粉末元件将具有细的均一的具有最小偏析的晶粒尺寸，并且AM元件将由比由传统工艺获得的结构更细并且更少偏析的结构组成。适宜地，由于通过扩散键合工艺来接合AM元件，在金属粉末元件和AM元件之间将不具有热影响区。
在步骤(iii)之后，优选地，所述方法包括将封壳放置于用于固溶热处理的传统热处理炉中，随后进行老化或者沉淀硬化，以获得用于最终构件的最佳材料性质。
在步骤(iii)之后，可以从AM元件去除封壳的一部分，适宜地，留下包括所述AM元件和压实且经受了热等静压的粉末(如上所述在步骤(iii*)中适宜地引入了粉末)的经受了热等静压的构件。可替代地，封壳可以保留在原处以形成最终构件的一部分。
可以通过机械加工来去除如前述的封壳。有利地，可以通过溶解来去除，例如通过使用酸腐蚀来去除。在步骤(iii)中，优选地，去除封壳元件(A)。在步骤(iii)中，优选地，去除实施例(A)的封壳元件(A)、(B)、(C)、(D)和/或(E)，或者去除实施例(B)的元件(A)、(B)和(C)(并且可选地，去除由板材制成的任意附加元件)。在步骤(iii)中，优选地，去除封壳的每一个由板材(例如，如对封壳元件(A)所描述的板材)制成的元件。
优选地，所述经受了热等静压的构件包括所述AM元件和经受了热等静压的粉末，并且优选地不包括由板材(例如，钢板)限定的区。
适宜地，在步骤(iii)之后，经受了热等静压的构件可以经受最低限度的机械加工。这是可能的，因为封壳被设置以产生近净形状。优选地，在步骤(iii)之后，经受了热等静压的构件不经受任何机械加工。优选地，在步骤(iii)之后，经受了热等静压的构件不经受任何被设置以改变其形状的工艺。优选地，在步骤(iii)之后，经受了热等静压的构件不经受任何可能优先于经受了热等静压的构件的任意其他部分而优先地去除经受了热等静压的构件的任意部分的工艺。
在步骤(iii)之后，可以对外部部分(例如，由压实的粉末限定的外部部分)进行处理(例如机械加工)，以去除外部部分的区域。例如，被去除的区域可以与被设置以在步骤(iii)之前提供进入封壳的通路的开口相关联。适宜地，在步骤(iii)之后，对(例如机械加工)经受了热等静压的构件的少于50％，优选地少于25％，更优选的少于10％的外表面区域进行处理。
在步骤(iii)之后，经受了热等静压的构件可以经受工艺处理，该工艺以相同的方式处理经受了热等静压的构件的至少外部可触及的表面的实质上的全部。例如，所述工艺可以包括抛光工艺和/或清洗工艺。
虽然经受了热等静压的构件被描述为包括一个AM元件，所述方法可以用于制备包括多于一个的AM元件的经受了热等静压的构件。例如，可以将两个或者更多的AM元件纳入封壳中，其中，所述两个或者更多的AM元件中的每一个限定封壳的至少一部分。
根据本发明的第二方面，提供以第一方面的方法制备的经受了热等静压的构件本身。
根据第三方面，提供经受了热等静压的构件，所述经受了热等静压的构件包括由经受了热等静压的AM元件限定的区(A)(其中，优选地，所述区限定了空隙)和由经受了热等静压的金属粉末限定的区(B)，其中，区(A)和区(B)至少部分地毗连，并且适宜地相互扩散键合。
第三方面的构件可以具有加以必要的变更的第一方面的经受了热等静压的构件的任何特征。
根据本发明的第四方面，提供以第一方面的方法制备的封壳本身。所述封壳可以包括AM元件，其中，由所述AM元件限定所述封壳的第一区。
所述封壳、所述AM元件和所述第一区可以具有在第一方面描述的前述构件的任何特征。第四方面的所述封壳可以具有在第一方面提到的封壳的任何特征。例如，它可以包括：所描述的第二区，围绕所描述的AM元件的至少一部分限定的空隙；提供从封壳的外部进入封壳内的通路的开口；至少三个单独和/或单独的元件，所述元件可以选自第一实施例(A)中的元件(A)至(E)或者实施例(B)的元件(A)、(B)和(C)。封壳可以含有粉末，例如提供于在封壳中限定的空隙中的粉末，并且所述粉末可以是如根据第一方面所描述的粉末。封壳的外表面的形状可以与在第一方面所描述的AM元件的形状不对应，和/或可以相较于第一方面所描述的AM元件的形状而不同。封壳可以被排空，如在第一方面中所描述的那样。
附图说明
现在将参照附图，通过示例的方式描述本发明的具体实施例，在附图中：
图1为贯穿用于热等静压的组件的截面，该组件包括形成封壳的一部分的AM元件；
图2为图1的组件的AM元件的透视图；
图3至图5以透视图示出形成包括AM元件的封壳的多个部分的多个阶段。
图6为贯穿构件的截面图，所述构件使用图1至图5的组件制备；
图7a为用于高压圆柱体的AM元件的俯视平面图(底视平面图是相同的)；
图7b为AM元件的部分截面的侧视图，以示出AM元件的冷却走廊；
图7c为沿图7a的VII-VII线的截面；
图8a为封壳的顶部端盖(封壳的底部端盖是相同的)的俯视平面图；
图8b为图8a的端盖的侧视图；
图8c为用于封壳的圆柱形外壁的侧视图；
图9为贯穿组件的截面，该组件包括图7的AM元件和封壳的多个部分(即，图8c的圆柱形外壁和图8a/8b的底部端盖)(为了清晰起见，省略了顶部端盖)；
图10a为图9的封壳的俯视平面图，但是示出了焊接至AM元件的顶部端盖；
图10b为图9的封壳的底视平面图，示出了焊接在适当位置的底部端盖；和
图11是被部分切除的透视图，示出了包括图7至图10的AM元件和封壳的组件，空隙中填充有粉末，为使该组件经受热等静压做好了准备。
在附图中，对相同或者相似的部分标注了相同的参考标号。
具体实施方式
参照图1和图2，组件2包括刚性、自支撑的AM构件4，AM构件4为T形管道形式，具有细长部分6和部分12，细长部分6在其两个端部8和10处开口，部分12横向地延伸至细长部分6，并且在其端部13处开口。构件4形成经受了热等静压的封壳的内壁。封壳的外壁由金属板部分(在图1中标号为14并且参照图3至图5进行更详细地描述)限定，并且封壳的外壁被设置以限定通过热等静压制备的最终构件的至少一部分的外部形状。在它的内壁和外壁之间限定了空隙，将粉末状的金属16引入至所述空隙中。因此，封壳包住了粉末状的金属16。组件12包括管道18，管道18提供从外部进入位于封壳的内壁和外壁之间的区域中的通路。在使用中，使所述组件经受如下文所述的热等静压。之后，去除封壳的金属板部分，以限定最终构件，如图6所示，最终构件包括AM构件4和经受了热等静压的粉末16二者。
在下文将更详细地描述组件2及其生产。
使用具有单激光头的激光粉末床3D打印工艺来制造AM构件4。用于构建的粉末是不锈钢或者镍基合金。以STEP格式设计AM构件并且以STEP格式提供设计，以允许产生CAD模型，用于对AM的构建进行编程。使用最佳的构建速度逐层地构建AM构件，以获得没有孔隙和缺陷的高密度墙壁。在构建之后，对AM构件进行应力释放，然后将AM构件从构建平台移除并移除任何支撑结构。
AM构件必须能够被TIG、MIG和/或EBW焊接，并且还适用于通过焊接来接合至其他部分，例如封壳的外壁。
在其制造之后，AM构件被包在钢板中。这是分阶段完成的，以在AM构件周围逐渐地构建钢板包封(enclosure)。首先，参照图3，将钢板盖20a、钢板盖20b和钢板盖20c焊接至构件4的相应的端部8、端部10和端部13。盖20a包括平面圆盘22a，平面圆盘22a与构件4的端部8面对面接触，并且焊接至构件4的端部8，如焊接线23a所示。盖20a包括短的、环形的裙边(skirt)，裙边从盘的边缘垂直地延伸并且焊接至盘的边缘，如焊接线25a所示。除了盖20c包括开口26之外，盖20b和盖20c通常如对盖20a描述的那样进行设置，开口26被设置以与管道18(图1)配合，用于当完全组装时，提供进入封盖内的通路。
其次，参照图4，在盖20a、盖20b和盖20c之间设置所需形状的主体段(section)28，该主体段28由焊接的钢段制成。如图5所示，通过相应的闭合板(closure plate)30a、30b和30c(在图5中仅清楚地示出30b)，将段28焊接至盖20a、盖20b和盖20c。闭合板30a、30b和30c包括法兰(图5示出了法兰32a和法兰32b，未示出与盖20c相关联的对应法兰)。最后，通过焊接将管道18固定在开口26内。
用于包封AM构件的钢板选自软钢、不锈钢、钛和铝。
在构造了图5的封壳之后，通过将真空管线连接至管道18来排空封壳，然后对封壳进行氦泄漏测试来确保封壳是气密的。然后，通过管道18，用粉末状的金属填充封壳。粉末状的金属选自不锈钢、Ni合金、Ti合金和CoCr合金以及金属基/复合合金，不锈钢包括奥氏体、铁素体和马氏体级、双相和超级双相不锈钢。可以填充高达封壳空隙的100％体积的金属粉末。基于封壳设计和金属粉末的颗粒尺寸分布来计算粉末填充重量。将金属粉末填充至封壳空隙中，并且优选地可以振动金属粉末，以获得已知的粉末填充重量和最佳的粉末堆积密度。
在填充封壳之后，通过将真空管线连接至管道18并且抽真空来排出截留的空气。然后，使管道18卷曲，以密封组件。
然后，通过将组件放置于热等静压系统中，并且使组件在约定的时间内承受预定的温度和压力，来使组件经受热等静压。热等静压的温度必须对金属粉末和制备AM构件的材料都适用，并且通常由具有最低固相线温度的材料(例如合金)来驱动。
在热等静压之后，将封壳在热处理炉中以预定的温度放置预定的时间，以获得用于最终构件的最佳材料性质。
在热等静压之后，可以去除不应该包括在最终构件中的封壳的部分。这可以通过将经受了热等静压之后的组件在多种酸中并且分阶段地浸泡适宜的时间，以溶解掉包封构件的钢板来完成。
在热等静压之后，最终构件可以经受机械加工，以获得最终的构件形状。
生产出如图6所示的成品构件40。成品构件40包括AM构件4和压实的粉末状金属16，由于AM构件4已经经受了热等静压，AM构件4是完全致密的，由于压实的粉末状金属16已经经受了热等静压，压实的粉末状金属16也是完全致密的。由于热等静压工艺，AM构件和压实的粉末状金属彼此扩散键合。生产出的金属构件或者双金属构件没有孔隙或者缺陷。压实的粉末状金属部分将具有细的均匀的晶粒尺寸，并且由于在热等静压循环期间对AM元件的固溶处理，AM构件将由非常细的晶粒结构组成，该晶粒结构将是均质的，并且显示出比当在构建条件下时更少的偏析。通过将粉末颗粒表面与AM构件扩散键合而没有任何熔融相或者液相(这消除了热影响区的存在，热影响区被位于粉末和AM构件之间的10-50微米的薄扩散区所取代)，来进行AM构件与粉末组分的结合，。
参照图7a至图7c，通常如对上文所引用的AM构件4描述的那样来制造AM构件40。构件40包括螺旋布置的冷却走廊(cooling galleries)42，在构件40的块体中限定冷却走廊42，构件40由适宜的耐磨损材料制备。
在其制造之后，AM构件被包封在钢板中。为了这个目的，如图9和图10所示，圆柱形外钢壁44和一对端盖46和48被焊接至AM构件40。更加具体地，在位置50处，将环形下端盖46TIG焊接至AM构件40的外壁。将端盖46的外周边TIG焊接至圆柱形壁44的下端部52。虽然在图中没有示出(除了图10a)，但是在位置54处，将环形上端盖48焊接至AM构件在其上端部的外壁。当在适当的位置焊接端盖46、端盖48和壁44时，端盖和壁与AM构件的外壁58一起限定空隙62，可以用粉末填充空隙62。
端盖48包括孔56，孔56被设置以允许将粉末引入空隙62中。孔56的数量可以进行变化，并且这样的孔56可以与填充管64(图11)接合，以便于将粉末引入由封壳限定的空隙中，所述封壳包括端盖46、端盖48、圆柱形壁44和AM构件的外壁。
在用粉末填充空隙之后，可以使组件经受如针对图1至图6的实施例所描述的热等静压和/或其他工艺。
在热等静压和去除钢板之后，适宜地限定了用于在液压或者气体压缩机中使用的高压汽缸，该高压气缸具有冷却走廊，该冷却走廊被设置以携载冷却流体。
本发明不限于前述一个或多个实施例的细节。本发明延伸至在本说明书中(包括任意所附权利要求、摘要和附图)所揭示的多个特征中的任意一个新特征或者多个特征的任意新的组合，或者延伸至所揭示的任意方法或者工艺的多个步骤中的任意一个新步骤或者多个步骤的任意新的组合。

Claims (30)

1.一种生产经受了热等静压的构件的方法，所述方法包括：
（i）选择增材制造的元件；
（ii）构建封壳，所述封壳被设置以限定所述经受了热等静压的构件的至少一部分，其中，由所述增材制造的元件至少部分地限定所述封壳的第一区；和
（iii）使所述封壳经受热等静压；
其中所述方法的步骤（ii）包括：选择封壳元件A，并且通过焊接将其固定至所述增材制造的元件，其中，所述封壳元件A包括板材，并且所述板材被成形以限定所述经受了热等静压的构件的近净成形区；
其中在步骤（iii）之后，从所述增材制造的元件去除所述封壳的一部分，以留下经受了热等静压的构件；
其中所述增材制造的元件不包括属于所述封壳的外表面的一部分的任何表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述封壳的所述第一区是弯曲的，并且包括以至少30°的角度弯曲的表面。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述封壳的所述第一区是弯曲的，并且包括以至少180°的角度弯曲的表面。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述封壳的所述第一区是弯曲的，并且包括以360°的角度弯曲的表面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述封壳的所述第一区限定所述封壳的内壁。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述封壳的所述第一区限定了空隙。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，由所述增材制造的元件至少部分地限定所述封壳的第二区，其中，所述封壳的所述第二区是弯曲的，并且包括以至少30°的角度弯曲的表面。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，由所述增材制造的元件至少部分地限定所述封壳的第二区，其中，所述封壳的所述第二区是弯曲的，并且包括以至少180°的角度弯曲的表面。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，由所述增材制造的元件至少部分地限定所述封壳的第二区，其中，所述封壳的所述第二区是弯曲的，并且包括以360°的角度弯曲的表面。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述封壳的所述第二区限定所述封壳的内壁，和/或所述封壳的所述第二区不包括属于所述封壳的外表面的一部分的任何表面。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述封壳的所述第二区限定了空隙。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述封壳的所述第一区围绕在第一方向上延伸的细长轴延伸，和/或所述封壳的所述第二区围绕在第二方向上延伸的细长轴延伸，其中，所述第一方向和所述第二方向向彼此横向地延伸。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述增材制造的元件包括开口，所述开口从所述增材制造的元件上的第一位置延伸至所述增材制造的元件上的第二位置，在第一位置和第二位置之间限定空隙；并且所述增材制造的元件包括位于第三位置和第四位置之间的空隙，其中，所述第三位置和所述第四位置与所述第一位置和所述第二位置隔开。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述增材制造的元件能够保持气密密封，并且在热等静压期间维持这样的气密密封。
15.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述增材制造的元件足够结实，以使它能够被焊接至不由所述增材制造的元件限定的其他区。
16.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述增材制造的元件占所述经受了热等静压的构件的总体积的10%-60%。
17.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述增材制造的元件占所述经受了热等静压的构件的总体积的10%-40%。
18.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述增材制造的元件占所述经受了热等静压的构件的总体积的20%-40%。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法的步骤（ii）包括：选择封壳元件B，并且通过焊接将其固定至所述增材制造的元件，其中，所述封壳元件A和所述封壳元件B是隔开的，其中，所述封壳元件B包括板材，并且所述板材被成形以限定所述经受了热等静压的构件的近净成形区。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述方法的步骤（ii）包括：选择封壳元件C，并且通过焊接将其固定至所述增材制造的元件，其中，所述封壳元件C与所述封壳元件A和所述封壳元件B隔开，其中，所述封壳元件C包括板材，并且所述板材被成形以限定所述经受了热等静压的构件的近净成形区。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述方法的步骤（ii）包括：选择封壳元件D，并且将其相对于所述增材制造的元件进行固定，其中，将所述封壳元件D焊接至所述封壳元件A，以便在两个元件之间限定气密密封。
22.根据权利要求19所述的方法，其中，除了选择封壳元件A和封壳元件B之外，所述方法的步骤（ii）包括：选择封壳元件D，并且将其相对于所述增材制造的元件进行固定，其中，所述封壳元件D被设置以覆盖所述增材制造的元件的区域，其中，所述封壳元件D桥接封壳元件A和封壳元件B，并且被焊接至封壳元件A，以便在封壳元件A和封壳元件D之间限定气密密封。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，所述封壳包括被隔开的封壳元件A和封壳元件B以及桥接封壳元件A和封壳元件B之间的间隙的封壳元件D和封壳元件E，并且在所述方法中，将封壳元件D和封壳元件E焊接至封壳元件A和封壳元件B两者，并且将封壳元件C和封壳元件D焊接至彼此。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，在所述方法的步骤（ii）中，对封壳元件A、封壳元件B、封壳元件C、封壳元件D和封壳元件E进行选择并且围绕所述增材制造的元件放置，并且相对于彼此固定，所述封壳元件A、所述封壳元件B、所述封壳元件C、所述封壳元件D和所述封壳元件E中的每一个封壳元件由板材制备。
25.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，步骤（ii）包括：围绕所述增材制造的元件构建所述封壳的区，以使得由所述增材制造的元件限定所述封壳的所述第一区；选择封壳元件A，并且将其固定至所述增材制造的元件，其中，所述封壳元件A和所述增材制造的元件通过焊接固定在一起；和
选择封壳元件B，并且将其固定至所述增材制造的元件，其中，所述封壳元件B被设置以覆盖开口，其中，所述封壳元件B和所述增材制造的元件通过焊接固定在一起。
26.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在所述方法的步骤（ii）中，构建包括所述增材制造的元件的封壳，围绕所述增材制造的元件的至少一部分限定空隙，并且所述封壳构建有开口，以提供从所述封壳的外部进入所述空隙的通路。
27.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，步骤（ii）包括：通过选择由金属板制成的至少三个元件，并且围绕所述增材制造的元件布置所述三个元件，以限定具有围绕所述增材制造的元件限定的空隙的封壳，来构建所述封壳，并且选择充足数量的分开的元件，并且围绕所述增材制造的元件进行布置，以使得所述增材制造的元件相对于所述封壳的其他元件处于内部。
28.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在步骤（i）之后并且在步骤（iii）之前的步骤（iii*）中，将粉末引入限定于所述封壳内的空隙中。
29.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在步骤（ii）之后，所述封壳的所述外表面的形状与所述增材制造的元件的形状不对应，和/或相较于所述增材制造的元件的形状而不同。
30.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，步骤（iii）包括：将所述封壳放置于热等静压系统中，并且使其在预定的时间内经受预定的压力和温度。
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