[发明专利]一种用于粉末高温合金构件的快速致密化方法

说明书

技术领域

本发明是一种用于粉末高温合金构件的快速致密化方法，属于热加工技术领域，涉及粉末高温合金构件制备工艺的改进。

背景技术

粉末高温合金是为了解决铸锻合金高合金化造成的凝固偏析和变形困难而发展起来的盘件材料。高合金化粉末高温合金具有耐高温、高强韧性和低裂纹扩展速率等综合性能优异的优点，是制造高性能、高可靠性、长寿命先进航空发动机用涡轮盘等耐高温部件的首选材料。但是，高合金化粉末高温合金一般对温度及其敏感，加工窗口窄，属于难变形合金，导致在工艺执行和组织控制过程中存在一定的困难。

国外粉末高温合金主要用来制备高性能发动机涡轮盘等热端部件，主要采用粉末热等静压+挤压+超塑性锻造的工艺方法制备，其工艺特点是工艺复杂，制备周期长，成本高。

发明内容

本发明正是针对上述现有国内现有技术中存在的不足而设计提供了一种用于粉末高温合金构件的快速致密化方法，其目的是提高粉末高温合金构件的生产效率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种用于粉末高温合金构件的快速致密化方法，其特征在于：该方法的步骤是：

步骤一、粉末锭坯制备

根据构件的体积计算制作圆柱形不锈钢包套，不锈钢材料的牌号为304，将高温合金粉末填装在包套中，对包套内部抽真空后封焊，得到圆柱状的粉末锭坯5，在粉末锭坯5的上端通过焊接连接一个用于保护包套进粉管的上端盖4，在粉末锭坯5的下端通过焊接连接一个与上端盖4形状匹配使包套受压均匀的下端盖6；

步骤二、制备锻造模具

采用断裂强度超过2000MPa的钢材料制备锻造模具，该锻造模具由圆形的上模2、模具外筒3和圆形的下模垫块1构成锻造模具型腔，其中，圆形的下模垫块1固定在压机的下工作台上，圆形的下模垫块1的外圆周与模具外筒3的内壁紧密配合，下端盖6的底部安装在下模垫块1上面，模具外筒3内套装上模2，模具外筒3的内壁与上模2的外圆周面之间的间隙为5mm，上模2能够在模具外筒3的内腔中上下滑动，上模2安装在压机的上工作台上，上端盖4的顶部与上模2的底部接触，该锻造模具中，模具外筒3的内腔直径比粉末锭坯5的上、下端盖的外环直径大3mm；

步骤三、加热粉末锭坯5

将粉末锭坯5加热到1050℃，进行保温，保温时间按以下公式计算：

T_保温时间＝L_{粉末锭坯直径}×1.7min/mm 公式1

步骤四、粉末直接锻造成型

将保温后的粉末锭坯5放入锻造模具型腔内快速锻造成型，粉末锭坯5的转移时间控制在1min以内，锻造速度为17mm/s～20mm/s，在锻造过程中，随着安装在压机上工作台上的上模2的下降，粉末锭坯5在锻造模具型腔内向四周扩展变形，与锻造模具型腔接触后在三向受压的状态下，粉末锭坯5内的高温合金粉末开始相互碰撞和塑性变形后成型，成型过程中的压力为800～1300MPa，成型的保压时间为5～60s，成型的变形量为50～60％，然后将粉末锭坯5出模，置于石棉毡中自然冷却；

步骤五、包套去除

粉末锭坯5冷却后，吹砂，并采用机械加工的方法去除包套，得到粉末高温合金构件。

本发明技术方案具有的特点和有益效果是：

本发明主要针对采用热等静压+等温锻造工艺制备粉末高温合金构件存在锻件制备周期长、制造成本高的技术现状，用粉末直接锻造成型的方法以替代原有的粉末热等静压+等温锻造的方式，解决了制备周期长，制造成本高的问题。

本发明方法的基本原理是利用了粉末材料良好的流动性，将粉末装到包套中预制成锭坯，然后将粉末材料加热到再结晶温度以上，在锻造模具内，利用较快的变形速度和较高应力状态力下，使粉末颗粒产生剧烈塑性变形，相比于热等静压一般为10％的变形量，本技术方案中的变形量大幅度提高至50～60％，促使再结晶发生，粉末的原始颗粒边界得到破碎，从而制备出组织致密且具有细小再结晶晶粒的粉末高温合金构件。

本发明技术方案与与国内外粉末高温合金环形构件的制备技术相比，其优点主要体现在：

(1)利用粉末良好的流动性，将粉末装入预先设计好的包套内直接锻造成型锻坯，减少了锻坯加工余量，提高了锻件材料利用率；

(2)将粉末材料加热到再结晶温度以上，在较快变形速度和较高应力状态力下，使粉末颗粒产生剧烈塑性变形并发生再结晶，制备出的锻坯组织致密且具有细小再结晶晶粒；

(3)粉末装入包套内直接锻造成型，简化了工艺流程，缩短了研制周期，降低构件制造成本。

附图说明