一种基于分流增塑的热等静压成形方法
【技术领域】
[0001]本发明属于热等静压成形技术领域，更具体地，涉及一种基于分流增塑的热等静压成形方法。
【背景技术】
[0002]近年来热等静压(Hot Isostatic Pressing)技术快速发展，热等静压后的制品因其良好的力学性能，极高的材料利用率(90%以上)以及可成形各种复杂零部件的优势而广泛应用于航天航空、船舶和汽车等领域中。热等静压制品主要使用贵重粉末材料成形复杂零部件，如Ti合金、Ni基高温合金等。
[0003]热等静压技术主要是利用包套作为粉末材料成形的容器，包套和控形型芯即为热等静压的成形模具，在热等静压过程中首先往包套中填充粉末，然后封焊端盖，检测漏气状况，如果不合格则重新封焊至不漏气为止，之后震动紧实，抽真空，将抽气管封焊从而获得压坯，接着对压坯进行适当温度和压力下的热等静压成形，之后去除包套得到粗坯，最后去除控形型芯并精加工得到最终零部件。整个成形过程中控形模具对等静压制品控形起到很大作用，是热等静压制品成功与否的关键。
[0004]传统热等静压包套的控形型芯主要用高温下不易变形的石墨和陶瓷材料，这样虽然可以保证制件的尺寸精度但是由于石墨或陶瓷材料型芯没有退让性对粉末的变形阻力太大，粉末充型时受三向静水压力，主应力之间差距很小无法达到屈服条件，塑性变形很差，无法致密化；而且成形过程中远离型芯的粉末和型芯附近粉末流动速度差别很大，这使得最终零件性能各部位不均匀，最终影响制件性能。此外，采用热等静压工艺制备复杂零部件时，常常因零件复杂使得等静压过后零件拐角、狭长流道等位置的粉末因流动困难，降低了制件关键位置的力学性能，阻碍了热等静压的发展影响了制件的整体性能。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于分流增塑的热等静压成形方法，该方法引入分流增塑的原理以提高粉末热等静压过程中的流动性，利用分流增塑芯的高温退让性或开设分流增塑孔，使得粉末在热等静压成形时充填狭长流道时始终存在径向流动，避免粉末变形集中在难致密的粉末流动区域，增加了粉末流动性，分散了应力集中，粉末流动更好，流动速度更均匀，成形效果更好，最终使得零件致密化提高性能增强，因而适用于难以致密化的复杂零件的热等静压成形。
[0006]为实现上述目的，本发明提出了一种基于分流增塑的热等静压成形方法，其特征在于，该方法包括如下步骤:
[0007](1)根据待热等静压成形零件的形状和尺寸，设计并加工出热等静压成形模具，在所述成形模具局部粉末难流动部位增设分流增塑件；
[0008](2)采用CAE模拟软件对所述热等静压成形模具模拟热等静压成形过程，根据CAE模拟结果调整所述分流增塑件的尺寸和位置；
[0009](3)根据CAE模拟结果装配所述热等静压成形模具和分流增塑件，然后在所述热等静压成形模具中装入粉末后震实，接着对所述热等静压成形模具抽真空并封焊；
[0010](4)对所述热等静压成形模具进行热等静压成形处理；
[0011](5)待所述热等静压成形处理完成后，去除热等静压成形模具和分流增塑件以获得热等静压成形零件压坯，精加工所述压坯得到所需的热等静压成形零件。
[0012]作为进一步优选的，所述分流增塑件为分流增塑孔或分流增塑芯。
[0013]作为进一步优选的，所述分流增塑孔对称设于所述粉末的狭长流道的两侧。
[0014]作为进一步优选的，在热等静压成形过程中，所述粉末流入所述分流增塑孔中，保证狭长流道未完全填充之前始终存在粉末流动。
[0015]作为进一步优选的，所述分流增塑芯在热等静压升温升压过程中，控制所述粉末的径向流动，在热等静压保温保压过程中，所述分流增塑芯屈服软化，为所述粉末的径向流动提供空间。
[0016]作为进一步优选的，所述热等静压成形处理时的压力为lOOMPa?120MPa。
[0017]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点:
[0018](1)在传统热等静压工艺中引入了分流增塑的概念，提供了全新的粉末致密化成形方式。
[0019](2)采用增设分流增塑孔来提高粉末热等静压过程中的流动性，大大增加了粉末难致密部位的相对密度。
[0020](3)分流增塑孔和分流增塑芯的存在使得狭长流道在粉末填充饱满之前始终存在增流槽的径向粉末流动，避免了狭长流道部位粉末的大变形以及大应力集中，提高了最终制件的综合性能。
[0021](4)传统热等静压在成形复杂零件时，为保证局部粉末难流动部位的粉末相对密度往往必须将压力取得很大(120MPa以上)，而采用分流增塑的方法可在保证局部相对密度的情况下有效降低压力。
【附图说明】
[0022]图1 (a)和(b)是增设分流增塑芯制备涡轮盘复杂件的模具示意图及成型后涡轮件；
[0023]图2(a)和(b)是增设分流增塑孔制备锥状复杂件的模具示意图及成型后锥状件。
【具体实施方式】
[0024]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0025]本发明针对热等静压复杂件局部难致密的缺陷，引入分流增塑的概念，利用CAE模拟指导增设分流增塑孔或设计分流增塑芯，其中分流增塑芯能使得热等静压升温升压过程中增塑芯由于没有达到屈服强度控制了粉末的径向流动，而在保温保压阶段由于温度压力达到临界值，增塑芯屈服软化，粉末能够有径向流动空间。而分流增塑孔由于直径小，在常温下粉末不会流入，而高温下由于粉末蠕变结合高压粉末会流入分流增塑孔，这使得粉末在热等静压充填流道过程中，在粉末完全填充狭长流道之前始终存在粉末流动，减小了粉末充型的压力，增加了粉末局部难致密部位的相对密度，一定程度上分散了应力集中，使得最终制件综合机械性能更好。
[0026]本发明的一种基于分流增塑的热等静压成形方法，其具体包括如下步骤:
[0027](1)根据待热等静压成形零件的形状和尺寸，设计并加工出热等静压成形模具，在成形模具局部粉末难流动部位增设分流增塑件:
[0028]所述的热等静压成形模具包括包套和控形型芯，根据所需成形的零件材料、尺寸和结构特点，选择包套、控形型芯材料，设计包套和控形型芯的形状和尺寸，包套选择合适金属材料(如45钢等)，控形型芯对控形要求高的部位应用高温下变形可忽略的石墨材料或陶瓷材料等；
[0029]对于有狭长流道的难充型部位，考虑增设分流增塑孔或局部设计分流增塑芯，分流增塑孔可对称设计在狭长流道的两侧，孔径优选为0.1_左右；分流增塑芯根据热等静压工艺和粉末材料选择，一方面要考虑在一定温度先软化，另外不能与粉末材料发生反应。
[0030](2)采用CAE模拟软件对热等静压成形模具模拟热等静压成形过程，根据CAE模拟结果调整并确定增设分流增塑件(分流增塑孔或分流增塑芯)的尺寸和位置。
[0031](3)根据CAE模拟结果装配热等静压成形模具和分流增塑件，然后在热等静压成形模具中装入粉末并震动紧实，接着