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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：中國航發(fā)北京航空材料研究院
權(quán)利要求
1.粉末冶金用包套雙重型芯的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一：采用粉末燒結(jié)法制備并加工出陶瓷/石墨型芯，用以控形，其形狀、尺寸、精度決定粉末構(gòu)件的成形質(zhì)量； 步驟二：機(jī)加工制備與步驟一尺寸配合的最內(nèi)側(cè)圓柱形鋼芯，用以定形，起到承載壓力的作用；鋼芯與石墨型芯中間留有縫隙以填充粉末； 步驟三：成形構(gòu)件的選用，再與成形構(gòu)件所用同材料、同粒度的粉末作為中間填充過渡層，通過環(huán)形倒錐式環(huán)形漏斗將粉末填充于陶瓷芯/石墨芯與鋼芯之間的空腔中，作為過渡層； 步驟四：將帶有雙重復(fù)合型芯的環(huán)形粉末包套于熱等靜壓爐中進(jìn)行熱壓，成形后，觀察粉末構(gòu)件成形完整性，將包套外殼打開，觀看型芯是否出現(xiàn)變形、開裂、鼓脹現(xiàn)象，統(tǒng)計(jì)型芯去除周期并計(jì)算型芯理論重量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末冶金用包套雙重型芯的制備方法，其特征在于，所述型芯應(yīng)用于冷等靜壓包套成形和熱等靜壓包套成形。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末冶金用包套雙重型芯的制備方法，其特征在于，所述陶瓷/石墨型芯具有圓環(huán)特征結(jié)構(gòu)，其壁厚占整體雙重型芯的4/5。 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的粉末冶金用包套雙重型芯的制備方法，其特征在于，所述陶瓷/石墨型芯的壁厚為100mm~160mm，長為600mm，內(nèi)外徑尺寸分別為 40-50mm、
150-200mm，精度為±0.1。 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末冶金用包套雙重型芯的制備方法，其特征在于，陶瓷芯/石墨芯與鋼芯之間過渡層的厚度在1~3mm之間，且過度層粉末與擬成形粉末材質(zhì)、粒度相同。 6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的粉末冶金用包套雙重型芯的制備方法，其特征在于，粉末為金屬及金屬基復(fù)合材料粉末、金屬間化合物粉末、陶瓷粉末。 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末冶金用包套雙重型芯的制備方法，其特征在于，所述熱等靜壓溫度為920℃~930℃、1010℃~1040℃、1200℃~1300℃中的一種，保壓時間為2h~5h，壓力為120~170MPa。
說明書
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及材料成型技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種粉末冶金用包套雙重型芯的制備方法。
背景技術(shù)
目前在粉末冶金近凈成形過程中，包套內(nèi)型芯材質(zhì)的選擇通常為鋼材，但對于薄壁大型尺寸環(huán)形粉末件而言，控制粉末熱等靜壓包套型芯重量有重要意義，一方面為滿足現(xiàn)有噸位熱等靜壓爐的需求，另一方面可縮短酸洗去除鋼芯的周期，提高粉末構(gòu)件的研制效率；基于此，本發(fā)明提供一種粉末冶金用包套雙重型芯的制備方法。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種粉末冶金用包套雙重型芯的制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：
本發(fā)明提供了一種粉末冶金用包套雙重型芯的制備方法，包括以下步驟：
步驟一：采用粉末燒結(jié)法制備并加工出陶瓷/石墨型芯，用以控形，其形狀、尺寸、精度決定粉末構(gòu)件的成形質(zhì)量；
步驟二：機(jī)加工制備與步驟一尺寸配合的最內(nèi)側(cè)圓柱形鋼芯，用以定形，起到承載壓力的作用；鋼芯與石墨型芯中間留有縫隙以填充粉末；
步驟三：選用與成形構(gòu)件所用同材料、同粒度的粉末作為中間填充過渡層，通過環(huán)形倒錐式環(huán)形漏斗將粉末填充于陶瓷芯/石墨芯與鋼芯之間的空腔中，作為過渡層；
步驟四：將帶有雙重復(fù)合型芯的環(huán)形粉末包套于熱等靜壓爐中進(jìn)行熱壓，成形后，觀察粉末構(gòu)件成形完整性，將包套外殼打開，觀看型芯是否出現(xiàn)變形、開裂、鼓脹現(xiàn)象，統(tǒng)計(jì)型芯去除周期并計(jì)算型芯理論重量。
優(yōu)選地，所述型芯可應(yīng)用于冷等靜壓包套成形和熱等靜壓包套成形。
優(yōu)選地，所述陶瓷/石墨型芯具有圓環(huán)特征結(jié)構(gòu)，其壁厚占整體雙重型芯的4/5。
優(yōu)選地，所述陶瓷/石墨型芯壁厚為100~160mm，長為600mm，內(nèi)外徑尺寸分別為 40-50mm、
150-200mm，精度為±0.1。
優(yōu)選地，陶瓷芯/石墨芯與鋼芯之間過渡層的厚度在1~3mm之間，且過度層粉末與擬成形粉末材質(zhì)、粒度相同。
優(yōu)選地，粉末為金屬及金屬基復(fù)合材料粉末、金屬間化合物粉末、陶瓷粉末。
優(yōu)選地，所述熱等靜壓溫度為920℃~930℃、1010℃~1040℃、1200℃~1300℃中的一種，保壓時間為2h~5h，壓力為120~170MPa。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
本發(fā)明一種粉末冶金用包套雙重型芯的制備方法，該方法可用于冷等靜壓、熱等靜壓包套成形過程中型芯的制備，所涉及的型芯材料體系為石墨型芯/陶瓷型芯結(jié)合鋼芯，所涉及的石墨/陶瓷與鋼芯中間填充過渡層為擬成形粉末。相比于傳統(tǒng)粉末包套單一種類鋼芯，低密度脆性石墨/陶瓷芯的引入大大降低了超大尺寸粉末構(gòu)件成形包套的整體重量；而且在型芯去除方面，采用機(jī)械破碎方法即可，易于清理，可有效避免酸洗法去除型芯周期長，成本高的問題，大大提高了型芯脫除效率，縮短型芯去除時間，降低粉末構(gòu)件研制成本，對粉末冶金構(gòu)件的研制及工程化應(yīng)用起到重要作用;
本技術(shù)方案大大降低了超大尺寸粉末構(gòu)件成形包套型芯重量，滿足了現(xiàn)有熱等靜壓爐的使用需求，有效避免了酸洗法去除型芯周期長，成本高的問題，大大提高了型芯脫除效率，縮短型芯去除時間。
該方法的實(shí)施降低了粉末構(gòu)件的研制成本，對粉末件的研制及工程化應(yīng)用起到重要作用。
附圖說明
圖1為粉末冶金用包套復(fù)合型芯結(jié)構(gòu)示意圖；
1、粉末填充物；2、鋼芯；3、待成形粉末；4、陶瓷或石墨芯；5、鋼質(zhì)包套外殼。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
本實(shí)施例的一種粉末冶金用包套雙重型芯的制備方法，包括以下步驟：
步驟一：采用粉末燒結(jié)法制備并加工出陶瓷/石墨型芯，用以控形，其形狀、尺寸、精度決定粉末構(gòu)件的成形質(zhì)量；
步驟二：機(jī)加工制備與步驟一尺寸配合的最內(nèi)側(cè)圓柱形鋼芯，用以定形，起到承載壓力的作用；鋼芯與石墨型芯中間留有縫隙以填充粉末；
步驟三：選用與成形構(gòu)件所用同材料、同粒度的粉末作為中間填充過渡層，通過環(huán)形倒錐式環(huán)形漏斗將粉末填充于陶瓷芯/石墨芯與鋼芯之間的空腔中，作為過渡層；
步驟四：將帶有雙重復(fù)合型芯的環(huán)形粉末包套于熱等靜壓爐中進(jìn)行熱壓，成形后，觀察粉末構(gòu)件成形完整性，將包套外殼打開，觀看型芯是否出現(xiàn)變形、開裂、鼓脹現(xiàn)象。
本實(shí)施例的型芯可應(yīng)用于冷等靜壓包套成形和熱等靜壓包套成形。
本實(shí)施例的陶瓷/石墨型芯具有圓環(huán)特征結(jié)構(gòu)，其壁厚占整體雙重型芯的4/5。
本實(shí)施例的陶瓷/石墨型芯壁厚為100~160mm，長為600mm，內(nèi)外徑尺寸分別為 40-50mm、
150-200mm，精度為±0.1。
本實(shí)施例的陶瓷芯/石墨芯與鋼芯之間過渡層的厚度在1~3mm之間，且過度層粉末與擬成形粉末材質(zhì)、粒度相同。
本實(shí)施例的粉末為金屬及金屬基復(fù)合材料粉末、金屬間化合物粉末、陶瓷粉末。
本實(shí)施例的熱等靜壓溫度為920℃~930℃、1010℃~1040℃、1200℃~1300℃中的一種，保壓時間為2h~5h，壓力為120~170MPa。
本發(fā)明在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提，優(yōu)化產(chǎn)品工藝以提高產(chǎn)品研制效率及滿足熱等靜壓爐噸位要求。
實(shí)施例1
粉末冶金用包套雙重型芯的制備方法的具體步驟是：
步驟一 采用粉末燒結(jié)法制備并加工出氧化鋁陶瓷型芯，其形狀為圓環(huán)，厚度為100mm，長為600mm，內(nèi)外徑尺寸分別為 50mm、
150mm，精度為±0.1。
步驟二 機(jī)加工制備與步驟一尺寸配合的最內(nèi)側(cè)圓柱形鋼芯，用以保形，其尺寸為 48mm，起到承載壓力的作用；鋼芯與石墨型芯中間留有2mm縫隙以填充過渡層粉末。
步驟三 選用TA15粉末合金作為中間填充過渡層，通過環(huán)形倒錐式環(huán)形漏斗將粉末填充于陶瓷芯與鋼芯之間的縫隙中，作為過渡層。
步驟四 將帶有雙重型芯的環(huán)形粉末包套于熱等靜壓爐中進(jìn)行熱壓，熱等靜壓溫度為925℃，保壓時間為2.5h，壓力為125MPa。觀察環(huán)形粉末構(gòu)件成形完整性以及圓度，型芯是否出現(xiàn)變形、開裂、鼓脹等現(xiàn)象。
結(jié)果表明：粉末TA15合金環(huán)形件實(shí)現(xiàn)完整成形，圓度在直徑方向上可達(dá)±0.2mm，滿足環(huán)形粉末件尺寸精度要求，且陶瓷芯/鈦粉/鋼芯雙重型芯未出現(xiàn)變形、開裂、鼓脹現(xiàn)象。據(jù)公式
，酸洗周期：1個月
M雙重=M陶瓷 +M鋼芯= =3.7g/cm 3×3.14×（7.5-2.5） 2×60+7.8g/cm 3×3.14×（2.4） 2×60=26kg，減重56kg，酸洗周期：7天。
實(shí)施2
粉末冶金用包套雙重型芯的制備方法的具體步驟是：
步驟一 采用燒結(jié)法制備并加工出石墨型芯，其形狀為圓環(huán)，厚度為160mm，長為600mm，內(nèi)外徑尺寸分別為 40mm、
200mm，精度為±0.1。
步驟二 機(jī)加工制備與步驟一尺寸配合的最內(nèi)側(cè)圓柱形鋼芯，用以保形，其尺寸為 38mm，起到承載壓力的作用；鋼芯與石墨型芯中間留有2mm縫隙以填充過渡層粉末。
步驟三 選用Ti2AlNb粉末合金作為中間填充過渡層，通過倒錐式環(huán)形漏斗將粉末填充于陶瓷芯與鋼芯之間的縫隙中，作為過渡層。
步驟四 將帶有雙重型芯的環(huán)形粉末包套于熱等靜壓爐中進(jìn)行熱壓，熱等靜壓溫度為1020℃，保壓時間為4h，壓力為150MPa。觀察環(huán)形粉末構(gòu)件成形完整性以及圓度，型芯是否出現(xiàn)變形、開裂、鼓脹等現(xiàn)象。
結(jié)果表明：粉末Ti2AlNb合金環(huán)形件實(shí)現(xiàn)完整成形，圓度（直徑方向）為±0.2mm，滿足環(huán)形粉末件尺寸精度要求，且石墨芯/Ti2AlNb粉/鋼芯雙重型芯未出現(xiàn)變形、開裂、鼓脹現(xiàn)象。據(jù)公式
，酸洗周期：1.5個月
M雙重=M石墨+M鋼芯= =2.0g/cm 3×3.14×（10-2） 2×60+7.8 g/cm 3×3.14×（1.9） 2×60=29.4kg，減重116.6kg，酸洗周期：5天
實(shí)施3
粉末冶金用包套雙重型芯的制備方法的具體步驟是：
步驟一 采用粉末燒結(jié)法制備并加工出石墨型芯，其形狀為圓環(huán)，厚度為150mm，長為600mm，內(nèi)外徑尺寸分別為 50mm、
200mm，精度為±0.1。
步驟二 機(jī)加工制備與步驟一尺寸配合的最內(nèi)側(cè)圓柱形鋼芯，用以保形，其尺寸為 48mm，起到承載壓力的作用；鋼芯與石墨型芯中間留有2mm縫隙以填充過渡層粉末。
步驟三 選用TiAl粉末合金作為中間填充過渡層，通過環(huán)形倒錐式環(huán)形漏斗將粉末填充于石墨芯與鋼芯之間的縫隙中，作為過渡層。
步驟四 將帶有雙重型芯的環(huán)形粉末包套于熱等靜壓爐中進(jìn)行熱壓，熱等靜壓溫度為1250℃，保壓時間為4h，壓力為150MPa。觀察環(huán)形粉末構(gòu)件成形完整性以及圓度，型芯是否出現(xiàn)變形、開裂、鼓脹等現(xiàn)象。
結(jié)果表明：粉末TiAl合金環(huán)形件實(shí)現(xiàn)完整成形，圓度為±0.15mm，可滿足環(huán)形粉末件尺寸精度要求，且石墨芯/TiAl粉/鋼芯雙重型芯未出現(xiàn)變形、開裂、鼓脹現(xiàn)象。據(jù)公式 ，酸洗周期：1.5個月
M雙重=M石墨+M鋼芯= =2.0g/cm 3×3.14×（10-2.5） 2×60+7.8 g/cm 3×3.14×（2.4） 2×60=29.6kg，減重116.4kg，酸洗周期：5天
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個實(shí)施方式僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
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