一种高温合金微型烧结件多能场烧结装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高温合金微型烧结件多能场烧结装置与方法，属于粉末冶金加工技术领域，以解决目前微型烧结件，特别是微型齿轮制造方法存在的工件定位困难、高温环境下摩擦阻力增大、脱模困难、材料微观组织改变引起力学完整性损失、模具磨损加剧、尺度效应等问题。本发明专利技术包括冲模组件、绝缘组件、内部绝缘烧结模、固定模、温度控制系统、导电压头组件和振动装置。在烧结时进行第二相粒子析出促进阶段、再结晶促进阶段、再结晶粒子均匀生长阶段、芯部韧化阶段和齿面硬化阶段的烧制。极大地提高微型烧结件的生产效率，并实现微型烧结件的成形成性一体化制造，并且使得获得的烧结件的围观组织性能得到极大的改善。组织性能得到极大的改善。组织性能得到极大的改善。

【技术实现步骤摘要】
一种高温合金微型烧结件多能场烧结装置与方法


[0001]本专利技术属于粉末冶金加工
，具体涉及一种高温合金微型烧结件多能场烧结装置与方法。

技术介绍

[0002]随着微型装备制造的不断发展，微型机械和微型机电系统中的重要传动装置对微型齿轮的需求量逐渐增大。高温合金微型齿轮以高温合金作为材料，具有强度高、韧性好、强耐磨、耐腐蚀、抗氧化、热稳定性高等优点，广泛应用于微型飞行器、微型水下装备和微型制造装备等重要领域。
[0003]相较于传统大型齿轮，微型齿轮由于尺寸小，加工精度要求高，尤其是轮齿部分，传统大型齿轮的加工刀具无法完成切割。另外，微型齿轮的加工还存在工件定位十分困难的问题，加之高温合金需要在较高温度下成形，高温环境下摩擦阻力增大导致脱模困难、材料微观组织改变引起力学完整性损失、模具磨损加剧、尺度效应等诸多问题的存在，严重影响产品质量，不能保证微型齿轮的成形成性一体化制造。
[0004]专利CN114653941A公开了一种镍钛合金齿轮的粉末冶金法，但是由于烧结模具装置不明确，且未普通尺寸齿轮烧结方法，无法保证微型齿轮的加工精度和力学性能。专利CN108411231A利用脉冲电流对镍基高温合金进行时效处理，改善了合金的微观组织结构，专利CN111809128A利用脉冲电流快速溶解变形镍基高温合金铸锭中低熔点Laves相，同时避免Laves相初熔阻碍偏析元素原子扩散。然而，上述专利在多能场辅助烧结高温合金时，烧结模具与粉末通电，由于烧结模具的电阻远小于粉末，通电后电流大部分通过模具，导致电流对粉末的作用十分有限。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，专利技术提供了一种高温合金微型烧结件多能场烧结装置与方法，解决了现有技术中制造的高温合金微型烧结件尺寸精度低、微观组织不均匀、力学性能不佳以及一体化成形成性制造速度慢的技术问题。
[0006]一方面，本专利技术公开了一种高温合金微型烧结件多能场烧结装置，包括冲模组件、绝缘组件、内部绝缘烧结模、固定模、温度控制系统、导电压头组件和振动装置；冲模组件用于对高温合金粉末加压和传导电流；内部绝缘烧结模用于盛装高温合金粉末；固定模用于固定内部烧结模；温度控制系统用于控制加工高温合金烧结件时的温度；导电压头组件用于提供加工高温合金烧结件时的压力；振动装置用于提供加工高温合金烧结件时的振动；
[0007]冲模组件包括第一冲模和第二冲模；
[0008]内部烧结模包括第一烧结半模和第二烧结半模；
[0009]绝缘组件包括第一半绝缘架和第二半绝缘架；
[0010]导电压头组件包括第一导电压头和第二导电压头；
[0011]其中，绝缘组件设置于冲模组件和内部烧结模之间。
[0012]可选地，第一半绝缘架和第二半绝缘架均为片材。
[0013]可选地，内部烧结模、固定模和绝缘组件上分别设置有第一通孔、第二通孔和第三通孔。
[0014]可选地，还包括真空系统和压力控制系统。
[0015]另一方面，本专利技术还公开了一种高温合金微型烧结件多能场烧结的方法，使用前述高温合金微型烧结件多能场烧结装置，具体步骤包括：安装好烧结装置后，将粉末原料灌装入烧结装置内，使用冲模组件进行初压实；对烧结装置进行真空处理；
[0016]烧结，包括第二相粒子析出促进阶段、再结晶形核促进阶段、再结晶晶粒均匀生长阶段、芯部韧化阶段和烧结件面硬化阶段。
[0017]可选地，所述第二相粒子析出阶段，对粉末原料沿烧结装置轴向施加压力并保持在50～60MPa；以100～150℃/min的速率升温，直到850～950℃，保温15～20s。
[0018]可选地，所述再结晶形核促进阶段，结束第二相粒子析出阶段后接入振动，振动频率在15～20kHz，振幅范围在1.5～2μm，同时，导电压头组件对粉末原料沿烧结装置轴向施加压力并保持在70～80Mpa，温度为880～980℃，保温10～20s。
[0019]可选地，所述再结晶晶粒均匀生长阶段，结束再结晶形核促进阶段后增大电流强度，以200～250℃/min的升温速率，达到1050～1100℃，降低振动频率至10～15kHz，保温20～30s，同时对粉末原料沿烧结装置轴向施加压力并保持在60～70MPa。
[0020]可选地，所述芯部韧化阶段，结束再结晶晶粒均匀生长阶段后关闭振动源，保持轴向压力在70～80MPa，以10～30℃/min的速度卸载电流，使内部组织降温，降温至500～600℃。
[0021]可选地，所述烧结件面硬化阶段，结束芯部韧化阶段后以80～100℃/min的速率卸载电流，并开启温度控制系统，使烧结装置降至室温。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0023](1)本专利技术的烧结装置能够施加多能场进行一次成形烧结制造微型齿轮，无需不同加工工序的移位操作，无需装夹模具，简化了安装与制造工艺，避免了多道次加工带来的力学完整性损失、模具磨损加剧、尺度效应等诸多问题，大幅提升了制造效率。
[0024](2)本专利技术的内部烧结模腔的外轮廓沿轴向从上到下0
‑
2/3长度处设置锥形面，便于定位与脱模；2/3
‑
5/6长度处设置定位球形曲面，球形曲面上部与锥形面相切，下部在5/6长度处终止，球形曲面可赋予烧结模具柔性，使其进行自适应定位，降低定位难度，在烧结过程中，内部烧结模腔在受到轴向压力后，还可通过球形曲面的自适应定位保证烧结压力始终沿中轴线施加，有效地增强烧结体的烧结稳定性，防止因烧结压力偏移而造成模具断裂和烧结失败。此外，内部烧结模腔的球形曲面结构还便于绝缘架与内部烧结模腔的脱离；剩余长度为圆柱面。
[0025](3)本专利技术的烧结装置的绝缘架由两个几何形状完全相同的半绝缘架组成，绝缘架采用绝缘材料制成，主要作用是隔绝烧结工件和模具，使电流完全从冲模流入待烧结粉末，保证粉末内部充分受到电流的焦耳热效应和电致塑性效应，且不影响烧结模腔的高温力学性能。绝缘架外表面为圆锥面，圆锥面外表面母线与中轴呈8
‑
12
°
角，随着压力沿圆锥轴向的加载，绝缘架圆锥面与烧结内模腔定位配合，可降低定位难度，提升定位精度；此外，圆锥面限制了两个半绝缘架的径向位移，保证了绝缘架在烧结过程中能够逐步夹紧自锁烧
结体，避免了粉末外溢。
[0026](4)本专利技术采用电场和超声振动场辅助烧结制造微型齿轮，电流通过粉末颗粒，在颗粒接触面间形成电阻热和等离子放电热，极大地促进了接触面原子扩散和颗粒间的冶金结合，大幅减少微观组织缺陷，保证微型齿轮具有良好的尺寸精度。超声场能够有效促进以第二相粒子为核心的再结晶形核，使微型齿轮微观组织均匀化，提高综合力学性能，实现了基圆直径在0.5～1mm范围的微型齿轮的成形成性一体化制造。
[0027](5)本专利技术通过控制电流的卸载工艺，促进微型齿轮齿面快速硬化，有效提高齿面硬度。
[0028](6)本专利技术的烧结方法，利用烧结装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温合金微型烧结件多能场烧结装置，其特征在于，包括冲模组件、绝缘组件、内部绝缘烧结模、固定模、温度控制系统、导电压头组件和振动装置；冲模组件用于对高温合金粉末加压和传导电流；内部绝缘烧结模用于盛装高温粉末原料；固定模用于固定内部烧结模；温度控制系统用于控制加工高温合金烧结件时的温度；导电压头组件用于提供加工高温合金烧结件时的压力；振动装置用于提供加工高温合金烧结件时的振动；冲模组件包括第一冲模和第二冲模；内部烧结模包括第一烧结半模和第二烧结半模；绝缘组件包括第一半绝缘架和第二半绝缘架；导电压头组件包括第一导电压头和第二导电压头；其中，绝缘组件设置于冲模组件和内部烧结模之间；第一烧结半模和第二烧结半模的外壁沿烧结装置的中轴线方向从上到下依次为圆锥面、球形曲面和圆柱面；在绝缘组件内壁表面与粉末原料接触的位置设置阵列微结构。2.根据权利要求1所述的多能场烧结装置，其特征在于，第一冲模和第二冲模的长度设置为使粉末原料位于第一烧结半模和第二烧结半模的球形曲面和圆柱面的交接区域。3.根据权利要求1所述的多能场烧结装置，其特征在于，内部烧结模、固定模和绝缘组件上分别设置有第一通孔、第二通孔和第三通孔。4.根据权利要求1所述的多能场烧结装置，其特征在于，还包括真空系统和压力控制系统。5.一种高温合金微型烧结件多能场烧结的方法，使用权利要求1
‑
4任一项所述的高温合金微型烧结件多能场烧结装置，其特征在于，具体步骤包括：安装好烧结装置后，将粉末原料灌装入烧结装置内，使用冲模组件进行初压实...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟宝，马立勇，万敏，韩子健，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：