CN217290411U - 一种振荡热压烧结装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种振荡热压烧结装置，包括壳体、加热体、成型模具和用于向所述成型模具的内腔提供振荡压力的振荡加压系统，所述壳体上设有用于使壳体内部为真空负压环境的真空抽气系统，所述成型模具设于所述壳体内，且所述成型模具上开设有用于模具内腔与外界连通的排气孔。本实用新型中，通过在成型模具上开设有排气孔，在振荡加压系统的作用下，更有利于排除合金粉末中残留气体以及反应气体，更加有利于合金中氧含量的释放，合金的杂质氧含量的更加容易控制，使得本实用新型中的振荡热压烧结装置尤其适用于需要控制氧含量的高温合金产品。

Description

一种振荡热压烧结装置

技术领域

本实用新型属于合金制造领域，尤其涉及一种合金的烧结装置。

背景技术

近年来，随着合金及其制备技术的快速发展，欧美等发达国家在高性能航空发动机中普遍首选粉末高温合金作为涡轮盘材料。然而由于合金组分之间的熔点差异，成型制备过程中难熔材料均易于产生膨胀，难以实现理论上的完全致密化，阻碍其性能的提升。为此，高温合金成形技术一直是国际范围内研究的前沿和热点。美国普遍采用挤压+等温锻造+热处理工艺流程制备粉末涡轮盘。我国结合自身实际，粉末盘制备采用热等静压(HIP)成形+包套/热处理的工艺流程，已经形成了涡轮盘产品的直接HIP成型技术批量生产能力。采用上述工艺流程制备高温合金，具有工艺流程复杂、成型设备昂贵、工艺周期长等缺陷导致制备成本居高不下，且制备的高温合金中氧含量、热孔隙值得进一步优化。

针对上述高温合金制备存在的技术难题，有报道提出利用振荡热压烧结装置制备高温合金，利用振荡热压烧结装置的振荡压力以及真空环境有利于氧含量的控制以及合金的致密。但现有技术中的振荡热压烧结装置完全依靠壳体提供的真空环境释氧，模具内部的氧难以及时排出，难以实现高温合金的批量生产。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种释氧效果好的振荡热压烧结装置。为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种振荡热压烧结装置，包括壳体、加热体、成型模具和用于向所述成型模具的内腔提供振荡压力的振荡加压系统，所述壳体上设有用于使壳体内部为真空负压环境的真空抽气系统，所述成型模具设于所述壳体内，且所述成型模具上开设有用于模具内腔与外界连通的排气孔。本实用新型中，通过在成型模具上开设有排气孔，有利于排除合金粉末中残留气体以及反应气体，上述排气孔的开设位置、数量可以根据实际需求来设置。上述成型模具优选采用石墨模具。

上述振荡热压烧结装置中，优选的，所述成型模具的上顶面与下底面上开设有通槽，所述振荡加压系统通过所述通槽向所述成型模具的内腔提供振荡压力。通过采用真空振荡压力烧结，采用高频振荡压力代替传统的静态气压压力，能大幅降低对成型设备的要求，有利于提高产品的致密度，减少气孔，通过与排气孔的配合，可促进合金产品氧气的排出，进一步消除了粉末颗粒内部包覆的气体，提升了材料性能。

上述振荡热压烧结装置中，优选的，所述振荡加压系统包括上压头、下压头和用于控制所述上压头、下压头运作过程的驱动控制装置，所述上压头、下压头的用于伸入所述成型模具的内腔的端部均设有石墨层。上述设置方式即可保证上压头、下压头的端部为与成型模具材质相同的石墨层。通过驱动控制装置可以精确控制上压头和下压头的施加的机械压力以及施加的压力的频率，以满足合金产品加工的需要。

上述振荡热压烧结装置中，优选的，所述加热体设于所述壳体内部，且所述加热体围绕所述成型模具设有一圈。上述加热体的型号选取不限，能满足加热需求，且能与后续的温度感应器的相联锁实现温度的精确控制即可。

上述振荡热压烧结装置中，优选的，所述成型模具的内腔上设有防渗层，所述防渗层为纳米陶瓷层。通过设置防渗层有利于脱模以及防止成型模具材质渗入合金产品中。上述纳米陶瓷层包括但不限于金属碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、氧化物陶瓷的一种或多种组合。

上述振荡热压烧结装置中，优选的，还包括垫块组件，所述垫块组件包括至少一块垫片，所述垫片设于所述成型模具内，用于将多个同时加工的产品(如高温合金产品)分隔开来。通过增加成型模具中的垫块，可一次成形多个高温合金坯件，实现高温合金的批量生产，降低了优质粉末高温合金涡轮盘坯的制备成本，具有显著的经济效益和社会效益。

上述振荡热压烧结装置中，优选的，还包括温度感应器，所述温度感应器设于所述成型模具周边，所述温度感应器用于获取所述成型模具的温度信息并将温度信息反馈至所述加热体。上述加热体可以根据温度感应器的反馈信息来调整其加热的开闭、加热的功率等，以精确控制成型模具的温度，有利于合金在精准的温度下烧结。

上述振荡热压烧结装置中，优选的，所述真空抽气系统包括抽气管、气泵和真空度感应器，所述抽气管设于壳体上，所述抽气管的一端与壳体内部连通，另一端与气泵连接，所述真空度感应器设于所述壳体内部，所述真空度感应器用于获取所述壳体内部的压力信息并将压力信息反馈至所述气泵。通过气泵可以抽取壳体内部的气体，以控制壳体内部的真空度。气泵可以根据真空度感应器的反馈信息来调整其抽气的开闭、抽气的功率等，以控制成型模具的真空度，有利于合金在特定的真空度下烧结。

为了便于理解上述振荡热压烧结装置，本实用新型还提供一种上述振荡热压烧结装置用于加工高温合金产品的加工工艺，包括以下步骤：

S1：在洁净环境下称量FGH95合金粉末装入经成型模具(设置有防渗层)中；

S2：将S1中成型模具放入壳体内，然后施加12吨的机械压力预压合金粉末，并开启气泵，使壳体真空达到100Pa，防止壳体空气污染粉体；同时加热体以25℃/min的升温速度升高至500℃，保温30min；随后以10℃/min的升温速度升高至1180℃并保温120min；保温阶段开启振荡加压系统，控制机械压力120吨，保持应变速率为0.053s^-1；保温阶段同时开启气泵强化壳体内真空至1×10^-3Pa；

S3：保温结束后停止加热，停止振荡加压系统，降温至200℃时关闭气泵，随炉冷却至室温，冷却脱模后得到高温合金坯体。

上述加工工艺中，通过增设垫片，还可以实现多个高温合金坯体的同步加工。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型中，通过在成型模具上开设有排气孔，在振荡加压系统的作用下，更有利于排除合金粉末中残留气体以及反应气体，更加有利于合金中氧含量的释放，合金的杂质氧含量的更加容易控制，使得本实用新型中的振荡热压烧结装置尤其适用于需要控制氧含量的产品(如高温合金产品)。

2、本实用新型的振荡热压烧结装置结构简单，使用方便，具有广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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为实施例1中振荡热压烧结装置的结构示意图(单一产品)。

图2为实施例2中振荡热压烧结装置的结构示意图(设置1块垫片用于加工2个产品)。

图例说明：

1、壳体；2、加热体；3、成型模具；4、振荡加压系统；401、上压头；402、下压头；403、驱动控制装置；404、石墨层；5、真空抽气系统；501、抽气管；502、气泵；503、真空度感应器；6、排气孔；7、防渗层；8、垫片；9、温度感应器；10、高温合金产品。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型作更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本实用新型的保护范围。

除非另有特别说明，本实用新型中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

如图1所示，本实施例的振荡热压烧结装置，包括壳体1、加热体2、成型模具3和用于向成型模具3的内腔提供振荡压力的振荡加压系统4，壳体1上设有用于使壳体1内部为真空负压环境的真空抽气系统5，成型模具3设于壳体1内，且成型模具3上开设有用于模具内腔与外界连通的排气孔6。

本实施例中，成型模具3的上顶面与下底面上开设有通槽，振荡加压系统4通过通槽向成型模具3的内腔提供振荡压力。

本实施例中，振荡加压系统4包括上压头401、下压头402和用于控制上压头401、下压头402运作过程的驱动控制装置403，上压头401、下压头402的用于伸入成型模具3的内腔的端部均设有石墨层404。

本实施例中，加热体2设于壳体1内部，且加热体2围绕成型模具3设有一圈。

本实施例中，成型模具3的内腔上设有防渗层7，防渗层7为纳米陶瓷层。

本实施例中，还包括温度感应器9，温度感应器9设于成型模具3周边，温度感应器9用于获取成型模具3的温度信息并将温度信息反馈至加热体2。

本实施例中，真空抽气系统5包括抽气管501、气泵502和真空度感应器503，抽气管501设于壳体1上，抽气管501的一端与壳体1内部连通，另一端与气泵502连接，真空度感应器503设于壳体1内部，真空度感应器503用于获取壳体1内部的压力信息并将压力信息反馈至气泵502。

实施例2：

本实施例与实施例1相比，区别在于，还包括垫块组件，垫块组件包括至少一块垫片8(图中示出一块)，垫片8设于成型模具3内，用于将多个同时加工的高温合金产品10分隔开来。

具体的，如图2所示，成型模具3内放置有两个高温合金产品10，两个高温合金产品10之间通过垫片8分隔开来，可以同时实现两个高温合金产品10的同步加工，具有加工效率高的优点。当然，再进一步增加垫片8的数量，可以进一步提高高温合金产品10的加工数量。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种振荡热压烧结装置，其特征在于，包括壳体(1)、加热体(2)、成型模具(3)和用于向所述成型模具(3)的内腔提供振荡压力的振荡加压系统(4)，所述壳体(1)上设有用于使壳体(1)内部为真空负压环境的真空抽气系统(5)，所述成型模具(3)设于所述壳体(1)内，且所述成型模具(3)上开设有用于模具内腔与外界连通的排气孔(6)。

2.根据权利要求1所述的振荡热压烧结装置，其特征在于，所述成型模具(3)的上顶面与下底面上开设有通槽，所述振荡加压系统(4)通过所述通槽向所述成型模具(3)的内腔提供振荡压力。

3.根据权利要求1所述的振荡热压烧结装置，其特征在于，所述振荡加压系统(4)包括上压头(401)、下压头(402)和用于控制所述上压头(401)、下压头(402)运作过程的驱动控制装置(403)，所述上压头(401)、下压头(402)的用于伸入所述成型模具(3)的内腔的端部均设有石墨层(404)。

4.根据权利要求1所述的振荡热压烧结装置，其特征在于，所述加热体(2)设于所述壳体(1)内部，且所述加热体(2)围绕所述成型模具(3)设有一圈。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的振荡热压烧结装置，其特征在于，所述成型模具(3)的内腔上设有防渗层(7)，所述防渗层(7)为纳米陶瓷层。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的振荡热压烧结装置，其特征在于，还包括垫块组件，所述垫块组件包括至少一块垫片(8)，所述垫片(8)设于所述成型模具(3)内，用于将多个同时加工的产品分隔开来。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的振荡热压烧结装置，其特征在于，还包括温度感应器(9)，所述温度感应器(9)设于所述成型模具(3)周边，所述温度感应器(9)用于获取所述成型模具(3)的温度信息并将温度信息反馈至所述加热体(2)。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的振荡热压烧结装置，其特征在于，所述真空抽气系统(5)包括抽气管(501)、气泵(502)和真空度感应器(503)，所述抽气管(501)设于壳体(1)上，所述抽气管(501)的一端与壳体(1)内部连通，另一端与气泵(502)连接，所述真空度感应器(503)设于所述壳体(1)内部，所述真空度感应器(503)用于获取所述壳体(1)内部的压力信息并将压力信息反馈至所述气泵(502)。

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