專利名稱：鈦合金粉末超塑性熱壓及擴散連接成型零件技術的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鈦合金粉末直接成型零件的技術，具體就是鈦合金粉末超塑性熱壓及擴散連接成型零件技術。
背景技術：
鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領域。 尤其是在航空航天領域，鈦合金制件逐漸增多，航空航天領域要求零件有高的剛度、強度又要零件重量輕。鈦合金材料能夠很好的滿足這種要求。然而由于鈦合金的性質決定其不論是切削加工，塑性成型加工還是其他加工方式都比較困難。但是鈦合金的超塑性溫度和擴散連接的溫度在同一范圍內，所以鈦合金板料成型中廣泛使用SPF-DB技術，并在實際應用中，尤其是航空、航天領域里，取得了良好的效果。由于鈦合金超塑性成型時變形抗力很小，而金屬在超塑性狀態下又有利于擴散連接的進行，所以可以將傳統粉末冶金的方法和SPF-DB技術相結合，利用鈦合金粉末直接成型致密的金屬功能零件。傳統粉末冶金方法制造金屬零件的方法一般是，將配制好的金屬粉末放到壓模中常溫或加熱快速壓制成型，然后將成型的零件進行燒結以得到最終產品。這種方法得到的零件致密度較差，如需得到高致密度的零件還需進行后續處理，如采用熱等靜壓法等,但后續處理工序往往難度大,成本高。本發明的工藝方案能夠一次直接成型致密的零件，較好地解決了鈦合金粉末材料的直接成型的問題。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種超塑性成型技術(SPF)、擴散連接技術(DB)和粉末冶金技術相結合，利用特定的工藝方法將鈦合金粉末直接壓制成零件的技術，能夠一次直接成型致密的零件，較好地解決了鈦合金粉末材料的直接成型的問題。本發明的目的可以通過以下技術方案實現鈦合金粉末超塑性熱壓及擴散連接成型零件技術，其特征在于，該技術的實現步驟為(I)按照零件形狀制造出相應的模具，所述模具包括上模、下模和感應加熱裝置，所述下模帶有與上模形狀一致且凹陷下去的模腔，所述模腔形狀與零件形狀一致，上模可正好嵌于模腔內，所述上模和下模的周圍設有感應加熱裝置，(2)將模具在熱壓機上安裝好，熱壓機為現有設備，可實現將上模推向下模的模腔中，(3)按照所需壓制零件的理論重量，在下模的模腔中加入按照成型零件的成分要求配制好的鈦合金粉末材料，(4)感應加熱裝置對模腔內的鈦合金粉末材料按設定溫度加熱，在真空環境中或惰性氣體保護環境中，升溫到鈦合金粉末材料的超塑性溫度，上模先以較快速度下壓將粉末壓實，然后按照鈦合金超塑性成型的應變速率進行壓制，在加壓加溫的同時進行擴散連接，最終形成致密的零件，(5)冷卻到鈦合金超塑性溫度下，開模取出制成的零件。在一些實施方式中，所述上模和下模采用高強度陶瓷材料制造。在一些實施方式中，所述鈦合金粉末為粒度是75 μ m 150 μ m的TC4鈦合金粉末。
在一些實施方式中，所述超塑性溫度為925°C。在一些實施方式中，所述鈦合金超塑性成型的應變速率取3. 3xl0Vso
圖I為鈦合金粉末超塑性熱壓及擴散連接成型零件技術中使用的模具的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。鈦合金粉末超塑性熱壓及擴散連接成型零件技術，本例中選用粒度為75μπι 150 μ m的TC4鈦合金粉末，根據熱等靜壓工藝試驗的結果，一般粉末粒度越小，成型零件最終的性能越好，具體的實施過程如下(I)按照零件形狀制造出相應的模具，如圖I所示，包括上模I、下模2和感應加熱裝置4，上模I和下模2采用高強度陶瓷材料制造，所述下模2帶有與上模I形狀一致且凹陷下去的模腔3，上模I可正好嵌于模腔3內，上模I和下模2的周圍設有感應加熱裝置4。(2)將模具在熱壓機上安裝好，根據零件大小選用合適的熱壓機。(3)按照所需壓制零件的理論重量，在下模的模腔中加入按照成型零件的成分要求配制好的鈦合金粉末材料，本例直接使用TC4鈦合金粉末材料。(4)感應加熱裝置對模腔內的鈦合金粉末材料按設定溫度加熱，在真空環境中或惰性氣體保護環境中，升溫到TC4鈦合金粉末材料的超塑性溫度，本例中升溫到925°C，上模先以較快速度下壓將粉末壓實，然后按照鈦合金超塑性成型的應變速率進行壓制，本例中應變速率取3. 3xl0_7s，在加壓加溫的同時進行擴散連接，當下壓壓力上升到200Mpa時，保溫保壓3分鐘，最終形成致密的零件。(5)冷卻到鈦合金超塑性溫度下，本例為600°C以下，開模取出制成的零件。(6)根據具體要求，將零件進行相應的后續處理。使用上述方法制造出的鈦合金零件，各相鄰的粉末粒子經超塑性擠壓和擴散連接融合連接為一體，其致密程度可以達到材料的理論密度，使得制件的性能達到或優于鍛造零件，可以應用在航空航天相應零件的制造中，也可以應用到其他諸如，汽車制造，船舶制造，建筑，體育器材等行業。綜上，本發明提供的鈦合金粉末超塑性熱壓及擴散連接成型零件技術，能夠一次直接成型致密的零件，較好地解決了鈦合金粉末材料的直接成型的問題。以上步驟和敘述內容是對本發明的應用過程的一個進一步說明，并不意味著本發明只有這些內容，對于應用本發明所提供的解決問題的方法和以之形成的工藝變化，應視為本發明權利保護范圍。
權利要求
1.鈦合金粉末超塑性熱壓及擴散連接成型零件技術，其特征在于，該技術的實現步驟為 (1)按照零件形狀制造出相應的模具，所述模具包括上模、下模和感應加熱裝置，所述下模帶有與上模形狀一致且凹陷下去的模腔，所述模腔形狀與零件形狀一致，上模可正好嵌于模腔內，所述上模和下模的周圍設有感應加熱裝置， (2)將模具在熱壓機上安裝好，熱壓機為現有設備，可實現將上模推向下模的模腔中， (3)按照所需壓制零件的理論重量，在下模的模腔中加入按照成型零件的成分要求配制好的鈦合金粉末材料， (4)感應加熱裝置對模腔內的鈦合金粉末材料按設定溫度加熱，在真空環境中或惰性氣體保護環境中，升溫到鈦合金粉末材料的超塑性溫度，上模先以較快速度下壓將粉末壓實，然后按照鈦合金超塑性成型的應變速率進行壓制，在加壓加溫的同時進行擴散連接，最終形成致密的零件， (5)冷卻到鈦合金超塑性溫度下，開模取出制成的零件。
2.根據權利要求I所述的鈦合金粉末超塑性熱壓及擴散連接成型零件技術，其特征在于，所述上模和下模采用高強度陶瓷材料制造。
3.根據權利要求I所述的鈦合金粉末超塑性熱壓及擴散連接成型零件技術，其特征在于，所述鈦合金粉末為粒度是75 μ m 150 μ m的TC4鈦合金粉末。
4.根據權利要求I所述的鈦合金粉末超塑性熱壓及擴散連接成型零件技術，其特征在于，所述超塑性溫度為925°C。
5.根據權利要求I所述的鈦合金粉末超塑性熱壓及擴散連接成型零件技術，其特征在于，所述鈦合金超塑性成型的應變速率取3. 3x10_4/S。
全文摘要
本發明公開了鈦合金粉末超塑性熱壓及擴散連接成型零件技術，該技術的實現步驟為制造出相應模具；將模具在熱壓機上安裝好，熱壓機可實現將上模推向下模的模腔中；按照所需壓制零件的理論重量，在下模的模腔中加入按照成型零件的成分要求配制好的鈦合金粉末材料；感應加熱裝置能夠對模腔內的鈦合金粉末材料按設定溫度加熱，在真空環境中或惰性氣體保護環境中，升溫到鈦合金粉末材料的超塑性溫度，上模先以較快速度下壓將粉末壓實，然后按照鈦合金超塑性成型的應變速率進行壓制，在加壓加溫的同時進行擴散連接，最終形成致密的零件；冷卻到鈦合金超塑性溫度下，開模取出制成的零件。本發明提供的鈦合金粉末超塑性熱壓及擴散連接成型零件技術，能夠一次直接成型致密的零件，較好地解決了鈦合金粉末材料的直接成型的問題。
文檔編號B22F3/03GK102941344SQ20121053323
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者胡增榮, 童國權, 王輝, 杜鵬 申請人:胡增榮