专利名称：钛合金粉末超塑性热压及扩散连接成型零件技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钛合金粉末直接成型零件的技术，具体就是钛合金粉末超塑性热压及扩散连接成型零件技术。
背景技术：
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。 尤其是在航空航天领域，钛合金制件逐渐增多，航空航天领域要求零件有高的刚度、强度又要零件重量轻。钛合金材料能够很好的满足这种要求。然而由于钛合金的性质决定其不论是切削加工，塑性成型加工还是其他加工方式都比较困难。但是钛合金的超塑性温度和扩散连接的温度在同一范围内，所以钛合金板料成型中广泛使用SPF-DB技术，并在实际应用中，尤其是航空、航天领域里，取得了良好的效果。由于钛合金超塑性成型时变形抗力很小，而金属在超塑性状态下又有利于扩散连接的进行，所以可以将传统粉末冶金的方法和SPF-DB技术相结合，利用钛合金粉末直接成型致密的金属功能零件。传统粉末冶金方法制造金属零件的方法一般是，将配制好的金属粉末放到压模中常温或加热快速压制成型，然后将成型的零件进行烧结以得到最终产品。这种方法得到的零件致密度较差，如需得到高致密度的零件还需进行后续处理，如采用热等静压法等,但后续处理工序往往难度大,成本高。本发明的工艺方案能够一次直接成型致密的零件，较好地解决了钛合金粉末材料的直接成型的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种超塑性成型技术(SPF)、扩散连接技术(DB)和粉末冶金技术相结合，利用特定的工艺方法将钛合金粉末直接压制成零件的技术，能够一次直接成型致密的零件，较好地解决了钛合金粉末材料的直接成型的问题。本发明的目的可以通过以下技术方案实现钛合金粉末超塑性热压及扩散连接成型零件技术，其特征在于，该技术的实现步骤为(I)按照零件形状制造出相应的模具，所述模具包括上模、下模和感应加热装置，所述下模带有与上模形状一致且凹陷下去的模腔，所述模腔形状与零件形状一致，上模可正好嵌于模腔内，所述上模和下模的周围设有感应加热装置，(2)将模具在热压机上安装好，热压机为现有设备，可实现将上模推向下模的模腔中，(3)按照所需压制零件的理论重量，在下模的模腔中加入按照成型零件的成分要求配制好的钛合金粉末材料，(4)感应加热装置对模腔内的钛合金粉末材料按设定温度加热，在真空环境中或惰性气体保护环境中，升温到钛合金粉末材料的超塑性温度，上模先以较快速度下压将粉末压实，然后按照钛合金超塑性成型的应变速率进行压制，在加压加温的同时进行扩散连接，最终形成致密的零件，(5)冷却到钛合金超塑性温度下，开模取出制成的零件。在一些实施方式中，所述上模和下模采用高强度陶瓷材料制造。在一些实施方式中，所述钛合金粉末为粒度是75 μ m 150 μ m的TC4钛合金粉末。
在一些实施方式中，所述超塑性温度为925°C。在一些实施方式中，所述钛合金超塑性成型的应变速率取3. 3xl0Vso
图I为钛合金粉末超塑性热压及扩散连接成型零件技术中使用的模具的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。钛合金粉末超塑性热压及扩散连接成型零件技术，本例中选用粒度为75μπι 150 μ m的TC4钛合金粉末，根据热等静压工艺试验的结果，一般粉末粒度越小，成型零件最终的性能越好，具体的实施过程如下(I)按照零件形状制造出相应的模具，如图I所示，包括上模I、下模2和感应加热装置4，上模I和下模2采用高强度陶瓷材料制造，所述下模2带有与上模I形状一致且凹陷下去的模腔3，上模I可正好嵌于模腔3内，上模I和下模2的周围设有感应加热装置4。(2)将模具在热压机上安装好，根据零件大小选用合适的热压机。(3)按照所需压制零件的理论重量，在下模的模腔中加入按照成型零件的成分要求配制好的钛合金粉末材料，本例直接使用TC4钛合金粉末材料。(4)感应加热装置对模腔内的钛合金粉末材料按设定温度加热，在真空环境中或惰性气体保护环境中，升温到TC4钛合金粉末材料的超塑性温度，本例中升温到925°C，上模先以较快速度下压将粉末压实，然后按照钛合金超塑性成型的应变速率进行压制，本例中应变速率取3. 3xl0_7s，在加压加温的同时进行扩散连接，当下压压力上升到200Mpa时，保温保压3分钟，最终形成致密的零件。(5)冷却到钛合金超塑性温度下，本例为600°C以下，开模取出制成的零件。(6)根据具体要求，将零件进行相应的后续处理。使用上述方法制造出的钛合金零件，各相邻的粉末粒子经超塑性挤压和扩散连接融合连接为一体，其致密程度可以达到材料的理论密度，使得制件的性能达到或优于锻造零件，可以应用在航空航天相应零件的制造中，也可以应用到其他诸如，汽车制造，船舶制造，建筑，体育器材等行业。综上，本发明提供的钛合金粉末超塑性热压及扩散连接成型零件技术，能够一次直接成型致密的零件，较好地解决了钛合金粉末材料的直接成型的问题。以上步骤和叙述内容是对本发明的应用过程的一个进一步说明，并不意味着本发明只有这些内容，对于应用本发明所提供的解决问题的方法和以之形成的工艺变化，应视为本发明权利保护范围。
权利要求
1.钛合金粉末超塑性热压及扩散连接成型零件技术，其特征在于，该技术的实现步骤为 (1)按照零件形状制造出相应的模具，所述模具包括上模、下模和感应加热装置，所述下模带有与上模形状一致且凹陷下去的模腔，所述模腔形状与零件形状一致，上模可正好嵌于模腔内，所述上模和下模的周围设有感应加热装置， (2)将模具在热压机上安装好，热压机为现有设备，可实现将上模推向下模的模腔中， (3)按照所需压制零件的理论重量，在下模的模腔中加入按照成型零件的成分要求配制好的钛合金粉末材料， (4)感应加热装置对模腔内的钛合金粉末材料按设定温度加热，在真空环境中或惰性气体保护环境中，升温到钛合金粉末材料的超塑性温度，上模先以较快速度下压将粉末压实，然后按照钛合金超塑性成型的应变速率进行压制，在加压加温的同时进行扩散连接，最终形成致密的零件， (5)冷却到钛合金超塑性温度下，开模取出制成的零件。
2.根据权利要求I所述的钛合金粉末超塑性热压及扩散连接成型零件技术，其特征在于，所述上模和下模采用高强度陶瓷材料制造。
3.根据权利要求I所述的钛合金粉末超塑性热压及扩散连接成型零件技术，其特征在于，所述钛合金粉末为粒度是75 μ m 150 μ m的TC4钛合金粉末。
4.根据权利要求I所述的钛合金粉末超塑性热压及扩散连接成型零件技术，其特征在于，所述超塑性温度为925°C。
5.根据权利要求I所述的钛合金粉末超塑性热压及扩散连接成型零件技术，其特征在于，所述钛合金超塑性成型的应变速率取3. 3x10_4/S。
全文摘要
本发明公开了钛合金粉末超塑性热压及扩散连接成型零件技术，该技术的实现步骤为制造出相应模具；将模具在热压机上安装好，热压机可实现将上模推向下模的模腔中；按照所需压制零件的理论重量，在下模的模腔中加入按照成型零件的成分要求配制好的钛合金粉末材料；感应加热装置能够对模腔内的钛合金粉末材料按设定温度加热，在真空环境中或惰性气体保护环境中，升温到钛合金粉末材料的超塑性温度，上模先以较快速度下压将粉末压实，然后按照钛合金超塑性成型的应变速率进行压制，在加压加温的同时进行扩散连接，最终形成致密的零件；冷却到钛合金超塑性温度下，开模取出制成的零件。本发明提供的钛合金粉末超塑性热压及扩散连接成型零件技术，能够一次直接成型致密的零件，较好地解决了钛合金粉末材料的直接成型的问题。
文档编号B22F3/03GK102941344SQ20121053323
公开日2013年2月27日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者胡增荣, 童国权, 王辉, 杜鹏 申请人:胡增荣