一种难加工材料零件及其成形方法技术

本发明专利技术属于先进加工领域，并具体公开了一种难加工材料零件及其成形方法，其包括如下步骤：将难加工的待成形材料制备成晶粒度均匀的块状零件毛坯，将该零件毛坯组装在具有控型模具的包套中，然后将包套封口；将封有零件毛坯的包套放入热等静压设备中，先升温到待成形材料的成形温度，然后以0.6MPa/min～0.8MPa/min的速度加载压力至50MPa～200MPa，使零件毛坯产生超塑性成形，并填充到控型模具中，进而得到成形零件。本发明专利技术的成形方法可以高质量、快速、低成本地实现零件成形，特别适合大尺寸的镍基高温合金、钛铝合金以及陶瓷材料等难加工材料的成形。材料的成形。材料的成形。

【技术实现步骤摘要】
一种难加工材料零件及其成形方法


[0001]本专利技术属于先进加工领域，更具体地，涉及一种难加工材料零件及其成形方法。

技术介绍

[0002]业已提出的难加工材料的超塑性成形方法，一般是指将合金或陶瓷坯料通过处理后获得均一的细晶组织，在一定的温度区间(不低于0.5T，T指材料熔点的热力学温度)和低应变速率条件下(10
‑4～10
‑2s
‑1)实现超塑成形的技术。超塑性成形技术已逐渐应用于航空航天、军事、通信、交通运输等领域。
[0003]但该方法需要专用的超塑性成形液压机长时间产生高温高压和高真空环境来成形零件，且需要采用耐高温模具。特别对于成形大尺寸诸如镍基高温合金、钛铝合金以及陶瓷材料等难加工材料，成形温度超过1100℃，成形压力超过50MPa，大吨位的超塑成形液压机和模具成本昂贵，这成为该技术应用的瓶颈。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种难加工材料零件及其成形方法，其目的在于，实现难加工材料零件的超塑性成形，提高成形速度和质量，同时降低制备成本。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提出了一种难加工材料零件的成形方法，包括如下步骤：
[0006]将难加工的待成形材料制备成晶粒度均匀的块状零件毛坯，将该零件毛坯组装在具有控型模具的包套中，然后将包套封口；将封有零件毛坯的包套放入热等静压设备中，先升温到待成形材料的成形温度，然后以0.6MPa/min～0.8MPa/min的速度加载压力至50MPa～200MPa，使零件毛坯产生超塑性成形，并填充到控型模具中，进而得到成形零件。
[0007]作为进一步优选的，所述成形温度为待成形材料0.7～0.9倍的熔点。
[0008]作为进一步优选的，加载压力至50MPa～200MPa后，保温保压0.5～5小时，然后待包套冷却后，将包套和控型模具去除，得到成形零件。
[0009]作为进一步优选的，所述零件毛坯的微观晶粒尺寸为3μm～150μm。
[0010]作为进一步优选的，所述模具所述控型模具根据零件结构和形状制备，且该控型模具为分体结构，通过后续组装实现零件毛坯向控型模具型腔的流动。
[0011]作为进一步优选的，所述控型模具的材料为陶瓷、石墨或者两者组合。
[0012]作为进一步优选的，所述包套材料为金属、石英或者陶瓷，厚度为2mm～7mm；包套与控型模具及零件毛坯之间设置有隔离层。
[0013]作为进一步优选的，将零件毛坯组装在具有控型模具的包套中后，将包套在温度400℃～1000℃和压力10
‑3Pa～10
‑1Pa下进行净化处理，然后对包套封口。
[0014]作为进一步优选的，通过锻造、热等静压、挤压、烧结工艺或者它们的复合工艺制备得到所述零件毛坯。
[0015]按照本专利技术的另一方面，提供了一种难加工材料零件，其采用上述成形方法制备而成。
[0016]总体而言，通过本专利技术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：
[0017]1.本专利技术利用热等静压工艺中的惰性高温气体产生各向等静压力，包套提供真空环境，则通过控制加热单元和传压介质，可实现温度和压力精确调控；进而利用热等静压工艺可以获得超低应变速率，能使晶粒度均匀的块状毛坯实现超塑性变形，由于粉末材料晶粒均匀性不一致，采用晶粒均匀的块状毛坯具有更好的超塑性变形能力。此外，由于热等静压不需要复杂的模具，解决了现有超塑性变形需大型液压设备以及加工复杂高温模具成本高等问题。本专利技术可以高质量、快速、低成本地获得金属、非金属以及金属间化合物零件的成形，特别适合大尺寸钛基、镍基高温合金等难加工材料成形。
[0018]2.本专利技术采用先升温后升压方法，先升温到待成形材料0.7～0.9倍的熔点，降低成形材料的变形抗力，然后以0.6MPa/min～0.8MPa/min的速度加载压力至50MPa～200MPa，使塑性应变速率为0.001s
‑1以下，并保温保压0.5～5小时，使成形材料在高温和超低应变速率条件下实现粘性或者半粘性流动，直至完全填充模具空腔，从而实现零件毛坯的超塑性成形。
[0019]3.本专利技术采用的毛坯具有均一细小的微观组织，且毛坯微观晶粒尺寸在3～150μm，该毛坯微观晶粒尺寸有利于在变形中发生大量的晶界滑动，提高材料塑性变形稳定性，从而达到成形材料的超塑性成形。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例难加工材料零件的成形方法流程图；
[0021]图2为本专利技术实施例初始零件毛坯结构示意图；
[0022]图3为本专利技术实施例毛坯、控型模具和包套组装示意图；
[0023]图4为本专利技术实施例包套真空净化和封口后示意图；
[0024]图5为本专利技术实施例采用热等静压工艺实现零件成形示意图；
[0025]图6为本专利技术实施例最终成型零件结构示意图。
[0026]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1
‑
零件毛坯，2
‑
抽气口，3
‑
控型模具，4
‑
包套。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术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。
[0028]本专利技术实施例提供的一种难加工材料零件的成形方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0029](1)根据零件结构制备相应的块状的零件毛坯1，所述零件毛坯1尺寸根据待成形零件尺寸和体积决定。
[0030]具体的，通过锻造、热等静压、挤压以及烧结工艺或者它们的复合工艺，将难加工的待成形材料成形为零件毛坯，该零件毛坯具有均一细小的微观组织，毛坯微观晶粒尺寸为3μm～150μm，进一步优选为3μm～70μm。
[0031](2)根据待成形区域零件结构和形状特征，制造出相应的控形模具3，为了改善合金在型腔的流动性，在控形模具3上设置分流孔。
[0032]具体的，针对不同的待成形材料，采用不同材料的控型模具，优先选择陶瓷、石墨或者两者组合作为控型模具材料。
[0033](3)将控形模具3组装和零件毛坯1一起放置在包套4中，经高温真空净化处理后将包套4封口。
[0034]具体的，包套材料采用金属、石英或者陶瓷，厚度2mm～7mm；包套材料如与控型模具或成形零件材料在成形工艺下发生反应，则需在它们之间放置隔离层；待成形坯料、控型模具和包套组装后，包套在400℃～1000℃和10
‑3Pa～10
‑1Pa下做净化处理，包套净化处理后将抽气口2封口。
[0035](4)采用先升温后升压的热等静压工艺，将热等静压炉先升温到待成形材料的成形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种难加工材料零件的成形方法，其特征在于，包括如下步骤：将难加工的待成形材料制备成晶粒度均匀的块状零件毛坯，将该零件毛坯组装在具有控型模具的包套中，然后将包套封口；将封有零件毛坯的包套放入热等静压设备中，先升温到待成形材料的成形温度，然后以0.6MPa/min～0.8MPa/min的速度加载压力至50MPa～200MPa，使零件毛坯产生超塑性成形，并填充到控型模具中，进而得到成形零件。2.如权利要求1所述的难加工材料零件的成形方法，其特征在于，所述成形温度为待成形材料0.7～0.9倍的熔点。3.如权利要求2所述的难加工材料零件的成形方法，其特征在于，加载压力至50MPa～200MPa后，保温保压0.5～5小时，然后待包套冷却后，将包套和控型模具去除，得到成形零件。4.如权利要求1所述的难加工材料零件的成形方法，其特征在于，所述零件毛坯的微观晶粒尺寸为3μm～150μm。5.如权利要求1所述的难加工材料零件的成形方法，其特征在于，所述模具所述控型模具根据零件...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛鹏举，魏青松，滕庆，谢寅，孙闪闪，温红宁，金俊松，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：