CN114273658A - 一种包套和合金粉末热等静压处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料加工技术领域，尤其是涉及一种包套和合金粉末热等静压处理的方法。本发明的包套，包括上盖、下盖和外筒；所述上盖和所述下盖相对设置于所述外筒两侧，并与所述外筒围合形成容纳腔；所述上盖的中心设置有包套嘴；所述上盖朝向所述容纳腔的一侧的周部形成有第一倾斜倒角部；所述下盖朝向所述容纳腔的一侧的周部形成有第二倾斜倒角部；所述第一倾斜倒角部的直径由下至上逐渐增加；所述第二倾斜倒角部的直径由下至上逐渐减小；所述上盖和所述下盖分别通过所述第一倾斜倒角部的顶部和第二倾斜倒角部的顶部与所述外筒连接。在挤压过程中，采用该包套能够明显改善合金棒材的头部开裂与缩尾较长等问题。

Description

一种包套和合金粉末热等静压处理的方法

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域，尤其是涉及一种包套和合金粉末热等静压处理的方法。

背景技术

粉末高温合金的合金化程度高、热加工窗口窄、变形抗力大，需采用包覆挤压的方法，即在粉末高温合金锭坯表面包覆一层包套、前垫和后垫。包套起到保温作用，防止粉末高温合金挤压过程中温降过大。前垫起到引流作用，前垫的变形抗力较低，可以引导粉末高温合金流出模口。后垫则是起到将粉末高温合金全部挤出模口的作用。

但这种包覆结构在实际挤压过程中，由于前垫与粉末高温合金间的变形抗力差异较大，导致在粉末高温合金刚突破挤压模口阶段出现“蘑菇头”现象，并且此处包套壁厚度最薄，挤压过程中，坯料心部的金属流速大于边缘，导致边缘金属受到心部金属的拉应力作用，引起挤压棒材头部开裂。在挤压棒材尾部，同样由于心部金属流速大于边缘，导致变形抗力较低的后垫钻入粉末合金内部，形成较长的缩尾，严重影响挤压棒材的性能，从而使得采用包覆结构生产挤压棒材的成品率较低。含有该缺陷的挤压棒材的性能不能达到要求，挤压棒材的利用率较低，导致物料的利用率下降，生产成本增加。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种包套，以全部或部分解决现有技术中存在的挤压过程中合金粉末与包套宏观塑性变形不均匀、通过挤压制得的合金棒材头部开裂以及缩尾较长等问题。

本发明的第二目的在于提供一种采上述包套的合金粉末热等静压处理的方法，使得合金棒材的物料利用率达到80％以上，制得的合金棒材头部完整不发生开裂，尾部缩尾长度较短。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种包套，包括上盖、下盖和外筒；

所述上盖和所述下盖相对设置于所述外筒两侧，并与所述外筒围合形成容纳腔；

所述上盖的中心设置有包套嘴；

所述上盖朝向所述容纳腔的一侧的周部形成有第一倾斜倒角部；

所述下盖朝向所述容纳腔的一侧的周部形成有第二倾斜倒角部；

所述第一倾斜倒角部的直径由下至上逐渐增加；

所述第二倾斜倒角部的直径由下至上逐渐减小；

所述上盖和所述下盖分别通过所述第一倾斜倒角部的顶部和第二倾斜倒角部的顶部与所述外筒连接。

进一步地，所述第一倾斜倒角部的倒角的角度为α₁-1°～α₁-5°，α₁为20°～60°；

所述第二倾斜倒角部的倒角的角度为α₂-1°～α₂-5°，α₂为30°～50°。

进一步地，所述上盖的两侧倒角部之间的最短距离为Φ₁×k，Φ₁为200～650mm，k为1.1～1.2。

优选地，所述第一倾斜倒角部的高度为H₁×m，H₁为50～150mm，m为1.1～1.3。

进一步地，所述下盖的两侧倒角部之间的最短距离为Φ₂×k，Φ₂为200～500mm。

优选地，所述第二倾斜倒角部的高度为H₂×m，H₂为50～150mm。

进一步地，所述包套的外筒壁的厚度为20～40mm。

进一步地，所述包套的材料包括304不锈钢和/或316不锈钢。

本发明还提供了采用所述的包套的合金粉末热等静压处理的方法，包括如下步骤：将装有合金粉末的所述包套进行热等静压处理后与前垫和后垫进行焊接，挤压得到合金棒材。

进一步地，所述包套的上盖与所述前垫焊接，所述包套的下盖与所述后垫焊接。

优选地，所述前垫远离所述上盖的前端角部倒角形成有第三倒角部。

优选地，所述第三倒角部的倒角的角度与挤压模角的角度相同。

优选地，所述焊接包括电焊。

进一步地。所述装有合金粉末的所述包套的制备包括：将所述合金粉末通过所述包套嘴加入所述包套的容纳腔中，加满后进行包套嘴封焊。

优选地，所述包套嘴封焊包括真空电子束封焊。

进一步地，所述热等静压处理的温度为1150～1200℃。

优选地，所述热等静压处理的压力≥120MPa。

优选地，所述热等静压处理的时间＞2h。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明通过对挤压前包套的结构进行优化，通过在包套的上盖设置与挤压模角的角度一致的第一倾斜倒角部，改善了挤压过程中合金粉末与包套宏观塑性变形的不均匀性；通过在包套的下盖设置第二倾斜倒角部，缓解了较长缩尾现象的产生，缩短了通过挤压制得的合金棒材尾部缩尾的长度；并且，包套的外筒壁厚度均匀，降低了合金棒材的头部开裂风险。

(2)本发明提供了一种采上述包套的合金粉末热等静压处理的方法，该方法的合金棒材的物料利用率可达80％以上，制得的合金棒材头部完整不发生开裂，尾部缩尾长度较短，能够带来较好的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的包套的结构示意图。

图2为本发明的包覆挤压结构的示意图。

图3为本发明实施例2制得的合金棒材的头部的图片。

图4为本发明对比例1制得的合金棒材的头部的图片。

图5为本发明实施例2制得的合金棒材的尾部的图片。

图6为本发明对比例1制得的合金棒材的尾部的图片。

附图标记

1-包套； 11-上盖； 111-第一倾斜倒角部；

12-下盖； 121-第二倾斜倒角部； 13-外筒；

2-前垫； 3-后垫； 4-合金粉末。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的包套和合金粉末热等静压处理的方法进行具体说明。

参见图1和图2，本发明提供了一种包套1，包括上盖11、下盖12和外筒13；

上盖11和下盖12相对设置于外筒13两侧，并与外筒13围合形成容纳腔；

上盖11的中心设置有包套嘴；

上盖11朝向容纳腔的一侧的周部形成有第一倾斜倒角部111；

下盖12朝向容纳腔的一侧的周部形成有第二倾斜倒角部121；

第一倾斜倒角部111的直径由下至上逐渐增加；

第二倾斜倒角部121的直径由下至上逐渐减小；

上盖11和下盖12分别通过第一倾斜倒角部111的顶部和第二倾斜倒角部121的顶部与外筒13连接。

在本发明的一些实施方式中，第一倾斜倒角部111的倒角的角度为α₁-1°～α₁-5°，α₁为20°～60°，α₁与挤压模角的角度相同。

在本发明的一些实施方式中，第二倾斜倒角部121的倒角的角度为α₂-1°～α₂-5°，α₂为30°～50°。

本发明的包套1通过在包套1的上盖11设置与挤压模角的角度一致的第一倾斜倒角部111，合金粉末4在通过挤压模口时的流动变形受到了剖面形状呈直角三角形的第一倾斜倒角部111的限制，改善了挤压过程中合金粉末4与包套1宏观塑性变形的不均匀性，使得通过挤压制得的合金棒材头部的“蘑菇头”现象消失。

挤压棒材尾部缩尾产生的主要原因是心部合金的流速大于边缘；本发明通过在包套1的下盖12设置具有一定角度的第二倾斜倒角部121。倒角部的设计可以增加挤压过程中尾部中心位置合金的流动距离，从而缓解中心位置由于流速过快而产生较长的缩尾。

在本发明的一些实施方式中，上盖11的两侧倒角部之间的最短距离为Φ₁×k，Φ₁为200～650mm，k为1.1～1.2。

在本发明的一些实施方式中，第一倾斜倒角部111的高度为H₁×m，H₁为50～150mm，m为1.1～1.3。

在本发明的一些实施方式中，下盖12的两侧倒角部之间的最短距离为Φ₂×k，Φ₂为200～500mm。

在本发明的一些实施方式中，第二倾斜倒角部121的高度为H₂×m，H₂为50～150mm。

本发明对包套1的参数α₁、α₂、Φ₁、Φ₂、H₁和H₂不作严格的限定，可根据挤压筒规格和挤压模角的角度进行调整。

在本发明的一些实施方式中，第一倾斜倒角部111沿竖直方向的剖面的形状为直角三角形，其包括横向直角边、竖向直角边和斜边；第一倾斜倒角部111的倒角，即横向直角边与斜边之间的夹角；第一倾斜倒角部111的高度，即为竖向直角边的长度；上盖11的两侧倒角部之间的最短距离，即上盖11的两侧倒角部的横向直角边之间的最短距离。

在本发明的一些实施方式中，第二倾斜倒角部121沿竖直方向的剖面的形状为直角三角形，其包括横向直角边、竖向直角边和斜边；第二倾斜倒角部121的倒角，即横向直角边与斜边之间的夹角；第二倾斜倒角部121的高度，即为竖向直角边的长度；下盖12的两侧倒角部之间的最短距离，即下盖12的两侧倒角部的横向直角边之间的最短距离。

在本发明的一些实施方式中，为了保证包套1经热等静压处理后能够得到预期的角度α₁和α₂，在热等静压处理前，包套1的第一倾斜倒角部111的倒角的角度和第二倾斜倒角部121的倒角的角度相比包套1经热等静压处理后均减少1°～5°。

在本发明的一些实施方式中，考虑到包套1的收缩，在热等静压处理前，上盖11的两侧倒角部之间的最短距离、下盖12的两侧倒角部之间的最短距离、外筒13的外直径和外筒13的内直径相比包套1经热等静压处理后得到的上述尺寸均乘以一个系数k，k为1.1～1.2。

第一倾斜倒角部111的高度和第二倾斜倒角部121的高度的尺寸相比包套1经热等静压后得到第一倾斜倒角部111的高度H₁和第二倾斜倒角部121的高度H₂均乘以一个系数m，m为1.1～1.3。

在本发明的一些实施方式中，包套1的外筒13壁的厚度为20～40mm；包套1的外筒13壁厚度均匀，降低了合金棒材的头部开裂的风险。

在本发明的一些实施方式中，包套1的材料包括304不锈钢和/或316不锈钢。

在本发明的一些实施方式中，包套1采用机加工进行制备。

本发明的包套1的上盖11与外筒13之间、下盖12与外筒13之间均采用电焊的方式进行焊接，电焊每焊接一道焊缝后，利用角磨机进行清渣处理后继续在原有焊缝基础上焊接新的道次，直至将焊接坡口填满，利用车床将焊缝位置与包套1的外筒13车平。

本发明的一些实施方式中还提供了采用上述包套1的合金粉末热等静压处理的方法，包括如下步骤：将装有合金粉末4的包套1进行热等静压处理后与前垫2和后垫3进行焊接，挤压得到合金棒材。

在本发明的一些实施方式中，包套1的上盖11与前垫2焊接，包套1的下盖12与后垫3焊接。

参见图2，包覆挤压结构包括：合金粉末4、包套1、前垫2和后垫3。

在本发明的一些实施方式中，装有合金粉末4的包套1进行热等静压处理后，将包套1的上盖11直接与前垫2进行电焊，下盖12与后垫3进行电焊，得到包覆挤压结构。

在本发明的一些实施方式中，前垫2远离上盖11的前端角部倒角形成有第三倒角部。

在本发明的一些实施方式中，第三倒角部的倒角的角度与挤压模角的角度相同，挤压模角的角度为20°～60°。

在本发明的一些实施方式中，焊接包括电焊。

在本发明的一些实施方式中，装有合金粉末4的包套1的制备包括：将合金粉末4通过包套嘴加入包套1的容纳腔中，加满后进行包套嘴封焊。

在本发明的一些具体实施方式中，包套嘴用以装入高温合金粉末4，合金粉末4装入包套1过程中进行真空动态热脱气，直至合金粉末4装满包套1后进行包套嘴封焊。

在本发明的一些实施方式中，包套嘴封焊包括真空电子束封焊。

在本发明的一些实施方式中，热等静压处理温度为1150～1200℃。

在本发明的一些实施方式中，热等静压处理的压力≥120MPa。

在本发明的一些实施方式中，热等静压处理的时间＞2h。

本发明针对挤压前包套1的头部和尾部开展结构优化设计。由于挤压前包套1需通过热等静压成形并机加工至所需包套1的形状与尺寸，因此，需根据装有高温合金粉末4的包套1的热等静压过程的收缩规律，开展包套近净成形设计，得到热等静压前的包套1结构，并进行制备。制备好的包套1通过装粉、热等静压处理后无需进行任何机加工，可直接与前垫2、后垫3焊接后进行挤压，并且可以降低合金棒材头部开裂风险，显著缩短尾部的缩尾长度，从而将合金棒材的材料利用率提高至80％以上。

实施例1

本实施例提供了一种包套1，包括上盖11、下盖12和外筒13；

上盖11和下盖12相对设置于外筒13两侧，并与外筒13围合形成容纳腔；

上盖11的中心设置有包套嘴；

上盖11朝向容纳腔的一侧的周部形成有第一倾斜倒角部111；

下盖12朝向容纳腔的一侧的周部形成有第二倾斜倒角部121；

第一倾斜倒角部111的直径由下至上逐渐减小；

第二倾斜倒角部121的直径由下至上逐渐增加；

上盖11和下盖12分别通过第一倾斜倒角部111的顶部和第二倾斜倒角部121的顶部与外筒连接。

其中，第一倾斜倒角部111的倒角的角度为44°；

上盖11的两侧倒角部之间的最短距离为620mm；

第一倾斜倒角部111的高度为85mm；

第二倾斜倒角部121的倒角的角度为44°；

下盖12的两侧倒角部之间的最短距离为300mm；

第二倾斜倒角部121的高度为100mm；

包套1的外筒13壁的厚度为25mm。

包套1的材料为304不锈钢。

实施例2

本实施例提供了合金粉末的热等静压处理的方法，包括如下步骤：

将合金粉末4通过包套嘴加入包套1的容纳腔中，合金粉末4装入包套1过程中进行真空动态热脱气，加满后进行包套嘴真空电子束封焊；随后将装有合金粉末4的包套1进行热等静压处理，热等静压处理的温度为1160℃，压力为130MPa，时间为3h。上述热等静压处后的包套1的上盖11直接与不锈钢前垫2进行电焊，下盖12与不锈钢后垫3进行电焊，得到包覆挤压结构，上述电焊时为间断不连续焊接；然后将制备好的包覆挤压结构进行挤压得到合金棒材。

其中，本实施例的合金粉末4为FGH96；

包套1为实施例1的包套1；

前垫2远离上盖的前端角部倒角形成有第三倒角部，第三倒角部的倒角的角度与挤压模角的角度(45°)相同。

对比例1

本对比例的合金粉末的热等静压处理的方法与实施例2相同，其中，采用的包套与实施例2相同，不同之处仅在于采用上下盖均无倒角的规则形状包套。

试验例1

对实施例2和对比例1制得的合金棒材进行超声波探伤测试，得到合金棒材的头部与尾部的图片，其结果如图3、图4、图5和图6所示。

从图3和图4可以看出，相比于对比例1，实施例2制得的合金棒材头部的“蘑菇头”现象消失，头部完整，没有发生开裂。

从图5和图6可以看出，相比于对比例1，实施例2的合金粉末的热等静压处理的方法缓解了后垫由于心部金属流速过快而产生的较长缩尾现象。

对实施例2和对比例1制得的合金棒材进行超声波探伤，其结果如表1所示。

表1

从表1可知，采用本发明的包套进行挤压得到的合金棒材，头部完整不发生开裂，尾部缩尾长度约减小63％，相比于对比例1，合金棒材的材料利用率由68％提升至87％，带来较好的经济效益。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种包套，其特征在于，包括上盖、下盖和外筒；

所述上盖和所述下盖相对设置于所述外筒两侧，并与所述外筒围合形成容纳腔；

所述上盖的中心设置有包套嘴；

所述上盖朝向所述容纳腔的一侧的周部形成有第一倾斜倒角部；

所述下盖朝向所述容纳腔的一侧的周部形成有第二倾斜倒角部；

所述第一倾斜倒角部的直径由下至上逐渐增加；

所述第二倾斜倒角部的直径由下至上逐渐减小；

所述上盖和所述下盖分别通过所述第一倾斜倒角部的顶部和第二倾斜倒角部的顶部与所述外筒连接。

2.根据权利要求1所述的包套，其特征在于，所述第一倾斜倒角部的倒角的角度为α₁-1°～α₁-5°，α₁为20°～60；

所述第二倾斜倒角部的倒角的角度为α₂-1°～α₂-5°，α₂为30°～50°。

3.根据权利要求1所述的包套，其特征在于，所述上盖的两侧倒角部之间的最短距离为Φ₁×k，Φ₁为200～650mm，k为1.1～1.2；

优选地，所述第一倾斜倒角部的高度为H₁×m，H₁为50～150mm，m为1.1～1.3。

4.根据权利要求1所述的包套，其特征在于，所述下盖的两侧倒角部之间的最短距离为Φ₂×k，Φ₂为200～500mm；

优选地，所述第二倾斜倒角部的高度为H₂×m，H₂为50～150mm。

5.根据权利要求1所述的包套，其特征在于，所述包套的外筒壁的厚度为20～40mm。

6.根据权利要求1所述的包套，其特征在于，所述包套的材料包括304不锈钢和/或316不锈钢。

7.采用权利要求1～6任一项所述的包套的合金粉末热等静压处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：将装有合金粉末的所述包套进行热等静压处理后与前垫和后垫进行焊接，挤压得到合金棒材。

8.根据权利要求7所述的合金粉末热等静压处理的方法，其特征在于，所述包套的上盖与所述前垫焊接，所述包套的下盖与所述后垫焊接；

优选地，所述前垫远离所述上盖的前端角部倒角形成有第三倒角部；

优选地，所述第三倒角部的倒角的角度与挤压模角的角度相同；

优选地，所述焊接包括电焊。

9.根据权利要求7所述的合金粉末热等静压处理的方法，其特征在于，所述装有合金粉末的所述包套的制备包括：将所述合金粉末通过所述包套嘴加入所述包套的容纳腔中，加满后进行包套嘴封焊；

优选地，所述包套嘴封焊包括真空电子束封焊。

10.根据权利要求7所述的合金粉末热等静压处理的方法，其特征在于，所述热等静压处理的温度为1150～1200℃；

优选地，所述热等静压处理的压力≥120MPa；

优选地，所述热等静压处理的时间＞2h。

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