Hip容器的制造过程的制作方法
【专利说明】HIP容器的制造过程
[0001 ] 本发明涉及一种用于生产在热等静压制(HIP，hot isostatic pressing)制造过程中使用的容器(can)的方法，以及通过该方法生产的容器。
[0002]背景
[0003]金属产品可以以几种方式制成。一种方式是将铸造块、锻造块或锻造金属机械加工成所需的形状。然而，这常常导致浪费。构造部件的新型的但公知的方式是提供细粉末形式的金属并使其在“容器”中成形，该“容器”近似于所需的最终形状。尽管也可以使用其他材料，但容器通常由低碳钢制成，使得它是可变形的。容器填充有粉末，该粉末然后通过振动尽可能多地沉降在容器中。最终，容器被抽真空并密封。然后，容器被放置在室中，该室被加压和加热，使得容器收缩并给粉末加压。通过被称为扩散接合的过程，粉末的颗粒粘接在一起，以形成具有所需最终产品的近似形状的固体块。然后该合成容器/块通常被加工以使此时是产品上的外壳的容器移除，并且还使粉末块的表面层移除以实现所需的尺寸和光洁度。
[0004]已知的容器是2mm至3mm之间厚的低碳钢。容器正常在中间温度(约300°C)排气、密封、预热且然后在压力容器中经受HIP。在粉末冶金(PM)高温合金(superalloy)的情况下，典型的HIP条件是:1100°C和1260°C之间的温度，以及10Mpa和200MPa之间的压力，使用氩气作为加压介质保持该压力若干小时。在HIP过程期间，高温合金粉末通过压力辅助烧结被固化成全密度。通过粗加工和/或酸洗移除容器以展现近净成形的部件。还可以通过设计具有独立隔室的容器生产合成产品，该隔室用于不同的粉末或封装伴有粉末的固体材料的部分。
[0005]容器的已知的制造方法是通过将低碳钢条焊接在一起形成空心“模具”，在HIP过程开始之前粉末被包含在该空心“模具”中。以这种方式的制造由于在过程中的不一致引入了尺寸误差。而且，它是一个耗时的过程，特别是如果多个部件待被制成，并且它不是可靠地可重复的。此外，焊缝，至少在容器内部不能被控制。因此，在成品的尺寸上必须提供足够的公差，以便在HIP过程已经完成且容器加工去除之后，成品中的由容器的内表面(在接缝处)上的非预期的翻边引起的凹痕可被加工去掉。
[0006]除了通过将板焊接在一起用于HIP制造的容器的生产之外，US-A-4065303、US-A-4861546以及US-A-5000911公开了通过将金属电镀或以其他方式涂覆到毛坯部件的生产。然后移除毛坯以留下形成容器的涂层。
[0007]US-A-5770136、US-A-6355211 以及 US-A-6042780 还构造了模具。模具通过围绕毛坯模制粉末和粘结剂形成，并且最后用粉末填充模具。模制的粉末模具被插入用于HIP的容器(其被焊接)中。容器没有参与最终产品的成形。
[0008]US-A-5000911 似乎公开了:
[0009]?制造待形成的部件的钢坯；
[0010]籲由橡胶或可切割的材料在毛坯周围创建模具；
[0011]?在模具中由蜡或类似物模制可固化的毛坯，并且剥离橡胶模具；
[0012]?用石墨粉末以及相同类型的水泥涂覆蜡毛坯；
[0013]籲熔化蜡；
[0014]?用金属粉末填充石墨模具并执行HIP，所生产的“容器”在HIP过程中被支撑在粉末中。
[0015]本发明的目的是减轻至少一些上述问题，并提供一种使用粉末冶金技术生产金属部件的可重现且有效的方法。
[0016]公开内容的简要概述
[0017]本发明提供了一种由金属粉末形成部件的方法，包括以下步骤:
[0018]a.使用失蜡铸造法提供陶瓷模具；
[0019]b.在陶瓷模具中浇铸液态金属以形成容器；
[0020]c.在容器中形成孔；
[0021]d.穿过孔用金属粉末填充容器；
[0022]e.使金属粉末在容器中沉降，排出容器中的气体并密封容器;以及
[0023]f.使容器和所包含的粉末经历热等静压制环境以使金属粉末结合成固体部件。
[0024]应当理解的是，术语“失蜡铸造法”被用于覆盖模具制备的过程，其中固体模型涂覆有陶瓷，并且随后模型通过熔化(例如在蜡的情况中)、燃烧、加热或溶解被去除。例如，可以使用高密度聚苯乙烯泡沫，该高密度聚苯乙烯泡沫加热时燃烧并且气化。然而，如本文所使用的，术语“失蜡铸造法”(除非上下文另有规定)被用来涵盖像这样可能根本不涉及蜡的类似的过程。
[0025]部件精加工步骤可被实施，该步骤包括从成形的部件机械加工容器并且完成任何最终的尺寸修正。
[0026]陶瓷模具可以通过以下制成:
[0027]a.由第一陶瓷材料形成部件的陶瓷毛坯；
[0028]b.用牺牲层涂覆毛坯，该牺牲层的厚度等于待形成的容器的所需厚度；
[0029]c.为牺牲层提供牺牲杆；
[0030]d.用第二陶瓷材料的陶瓷层涂覆毛坯和牺牲层，留下突出穿过陶瓷层的牺牲杆；
[0031]e.固化陶瓷层；以及
[0032]f.处理模具以除去牺牲层和牺牲杆。
[0033]模具的牺牲部件(S卩，牺牲层和牺牲杆)可以是蜡或蜡类材料，或诸如聚苯乙烯的材料，并且处理步骤可以通过加热进行，该加热熔化和/或气化牺牲部件。
[0034]在陶瓷模具中浇铸液态金属的步骤可同时去除牺牲层和/或牺牲杆。
[0035]以这种方式，容器可被制造而不需要任何焊接。
[0036]在优选的实施方案中，若干孔形成在容器中。
[0037]在替代实施方案中，只有一个孔形成在容器中。
[0038]在优选的实施方案中，在铸造期间通过在芯上提供孔形成突点(hole-formingpip)，形成容器中的孔或多个孔。在蜡已被去除之后，所述孔形成突点然后支撑在壳内的陶瓷芯。
[0039]在替代实施方案中，陶瓷模具可以通过以下制成:
[0040]a.由第一材料形成部件的毛坯，毛坯包括从待形成部件的形状延伸的杆；
[0041 ] b.提供以至少两个部分的壳模具；
[0042]c.通过将杆在模具部分之间夹紧，使毛坯安装在模具中；
[0043]d.在模具中模制牺牲层，该牺牲层的形状等于待形成的容器的形状；
[0044]e.用陶瓷材料的陶瓷层涂覆牺牲层，留下突出穿过陶瓷层的杆；以及
[0045]f.固化陶瓷层。
[0046]最后的步骤可包括:
[0047]g.处理由所述陶瓷层的固化形成的陶瓷模具以去除牺牲层和牺牲杆。
[0048]可替代地，毛坯可形成为能够包括陶瓷模具的部分的固体陶瓷部件，容器在该陶瓷模具中被铸造。
[0049]壳模具可以由铝或类似材料块机械加工而成。
[0050]在待形成的部件包括管形状的情况下，通过提供模芯以及在芯和毛坯被一起安装在模具中之前将模芯布置在毛坯内，可补充提供以至少两个部分的壳模具的步骤，芯也被夹紧在模具部分之间。芯也可以是铝或类似材料。
[0051]杆可以包括圆柱形表面，该圆柱形表面当被夹紧在模具部分之间时，将毛坯悬置在模具部分内，以在毛坯和模具之间界定至少一个杯形空间，该空间的形状对应于待形成容器的形状。
[0052]在待形成的部件包括管形状的情况下，杆可以是环状的并紧密滑动配合在所述模芯上，因此在芯和模具部分之间围绕毛坯所界定的空间基本上在截面上是两个平行的U形，即具有底部内旋以形成杯侧的基本上平行的内表面的杯。
[0053]在另一优选的实施方案中，在孔或多个孔周围导管被焊接至容器以促进用粉末填充容器以及容器的后续气体排出。在该实施方案中，焊缝优选不穿透到容器的内部。由于焊缝不在容器的热等静压制期间接触粉末的表面之间，因而应该有这样的渗透不是绝对必要的。但是，如果焊缝确实穿透容器的内部，那么孔优选形成在容器内容器的增补部上，该增补部被提供以在待形成的部件上提供凸缘，该凸缘容纳焊缝的任何翻边并且在部件精加工步骤中从部件机械加工。
[0054]使用这种新工艺可以允许在容器连同部件中制成可变的壁厚。例如在HIP过程期间，在部件受到很大的力的位置处，部件仍可以具有薄的壁厚并且防止部件的特定区域的变形所需要的额外的支撑