合金粉末方坯的制造和熔凝制造技术

本发明专利技术系将—８０目的定组成金属粉末分层装入挤压包套，每层以高功率成型推杆压实。压实的粉末顶端有一活动的内侧盖板，内侧盖板上又有一外盖板与包套壳相焊接。将包套在炉中加热至低于包套和金属的熔化温度。迅速将包套移至挤压机，于缩减比约为３∶１、压力约为３０００吨下热挤压，粉末密度提高到理论值的１００％。欲制直径与包套相同，密度达理论值的１００％的方坯，可让挤压通过的距离仅使内外盖板处于挤压条件而其余部分不通过挤压模。（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及从合金粉末制造方坯，特别牵涉到用挤压来制出密度接近理论值的100%的方坯的方法，但所用的缩减比要比迄今为止所使用的少得多，因而能够制造出具有较大截面的挤压件。已经知道从细的金属粉末生产金属方坯时是先把金属粉末填充到挤压包套内，密封包套，在有些情况下还要抽真空，加热至低于粉末熔点的适当温度，然后把包套和粉末通过压模而挤压成型。为了使得挤压出来的产品的密度接近理论值的100%，就需要很高的压力，从现有的挤压机中要取得这样高的压力就需采用高达12比1的缩减比。因此所得产品的截面是受到限制的。本专利技术的方法是把具有所需组成且大小为-80目的金属颗粒装入挤压包套内，最好是用一根碳钢管。我们倾向于采用由惰性气体雾化且从液相线温度冷至约425℃的时间少于十分之一秒的金属颗粒。粉末是按层厚约2英寸而分层依次装入的，当每一层装上后用一个高功率的成型推杆来敲打，使粉末被压实到密度约为其理论值的80%。接着在挤压包套的压实粉末上放一块活动的内侧盖板。这块盖板也是碳钢的，约3英寸厚，且不和包套壳相连接。内侧盖板的顶部放上一块与内侧盖板的材料和厚度相同的盖板，并焊接在包套壳上。把如此制备的包套放入炉子内加热至低于合金的熔点温度。对于工具钢来说，此温度是从约1400°F至约1900°F。对高温合金例如用于飞机发动机的合金，此范围可扩展到约2100°F。这样处理可以提高包套内粉末的密度达到理论值的90-93%。把加热后的包套迅速放到挤压机内，在缩减比约为3比1和挤压力约为3000吨之下进行工作。没有固定到挤压包套上的内侧盖板与包套的移动速度不同，实际上是部分地挤压到粉末上，使得被挤压的方坯的密度基本上可提高到理论值的100%。我们的方法也可用来生产直径和挤压包套同样大小的挤压件，此时包套的装料和处理与上述的方法相同，而挤压所移动的距离则仅足使内侧盖板和外盖板处于挤压条件下，然后将包套移出而不使其余部分通过压模，因而使得方坯具有与包套相同的截面和与被挤压部分相同的密度。下面是本专利技术的说明以及有关的附图。图1是金属粉末成层状装入挤压包套的截面图;图2是高功率成型推杆在压实金属粉末时的位置截面图;图3是装有压实的金属粉末且放入内侧盖板的挤压包套的截面图;图4是图3的挤压包套装上与包套壳相焊接的外盖板截面图;图5是图4的挤压包套当部分通过挤压模时的截面图;图6是图5的挤压包套全部被挤压后的截面图;图7是图6的被完全挤压后的方坯经切割后的截面图;图8和图3相似，但内侧盖板的形状和图3不同;图9和图4相似，但内侧盖板不同;图10和图6相似，但表示出图4的包套经过完全挤压后的截面图。本专利技术的方法适于用来生产工具钢和其他高合金钢的方坯和型材。我们的原料是具有所需组成的金属粉末，把具有所需元素的金属粉末按所需比例混合起来后就可容易地取得。我们所用的金属粉末是-80目，也就是所有粉末都能通过80目的筛网。我们推荐使用的金属粉末是用惰性气体雾化且系从液相线温度在小于十分之一秒的时间内极快冷却至约425℃而取得的。克拉克等人在1981年6月9日所公开的美国专利第4，272，463号的方法可用来生产这种粉末。粉末装在挤压包套11内，包套可以是一根碳钢管8，其底上有一碳钢焊接的底。我们把金属粉末10装入包套内，每层厚度约2英吋。如图1所示，金属粉末10分成多个重叠的层12而装入包套11内。图2表示装入每一层12后即用一高功率的成型推杆来压实，使得粉末被压到密度约为其理论值的80%。我们估计压实所加到金属粉末上的能级约为3，000，000磅/英寸2。反复进行这一过程直至包套被填充至离顶部约4英寸。接着把一块与包套11内部相配合的碳钢板17松放到包套11内的金属粉末10之上，但并不与包套11相焊接或用其他方法固定，作为粉末的内侧盖板。板17约厚3英寸。用一相似的园板18放在板17的顶部，并沿着包套11的顶部周边和包套焊接在一起，如图4所示。板18放入包套11内约1吋，形成外盖板。接着把如此准备好的包套11放到热处理炉内加热至比合金熔点低得多之温度约6小时。对工具钢来说加热温度从1400°至约1900°F。对其他合金如用于飞机发动机的高温合金来说，温度范围可扩大到约2100°F。加热会提高金属粒末的密度至约为其理论值的90-93%。然后把包套11在约1分钟的时间内迅速从热处理炉转移到挤压机，在约3比1的缩减比和约3000吨的压力下挤压。图5表示挤压包套通过挤压模21的情况。外盖板18被挤压到挤压件的前端部分22而内侧板17则被挤压到23部分。由于板17没有和包套11的壁相连接，便被拉伸在板17外部成为较薄的壁24。我们认为板17会被挤压成截面积比壁24大的23部分，因此24部分所受到的应变比23部分大得多，而且被拉长更多。23部分实质上是向后挤压，把包套11中的粉末10进一步压实到密度约为理论值的100%。图6表示当包套11被完全挤压时所制得的方坯。由于板17通过挤压模时壁24部分的伸长使得粉末10被进一步压实，当板17通过压模时停止挤压过程，移出已部分被挤压的包套11，且不挤压剩余的部分，就可获得直径与原来挤压包套直径相同的方坯，其密度为理论值的100%。实例1一种M-2型工具钢合金，含有以下的主要组分碳＝0.85%;锰＝0.30%;硅＝0.30%;铬＝4.00%;钒＝2.00%;钨＝6.00%;钼＝5.00%，剩余的为铁，先用惰性气体雾化和快速凝固的办法来使它转变成粉末。使获得的合金粉末通过80网目的美国标准筛。接着把分级后的合金粉末放入一个不锈钢制V型园锥混合器内混合30分钟。然后把合金粉末放入一根1010号碳钢管内，管的底部焊上一块底板。碳钢管的尺寸是12英寸直径×38英寸长。把粉末分次加入包套内，每次增高2英寸，接着放入高功率成型推杆，冲击数次。反复这一工序直至总长达到34英寸。称量装好料的包套，其中约装有750磅的M-2型金属合金粉末。把可以自由移动的或浮动园片放入碳钢容器内。再把第二块园钢片放到可自由移动的园片上，并将其周边焊到碳钢管上。把准备好的挤压包套放到热处理炉内，加热至温度为1700°F，让它在1700°F之下均热6个小时。把加热后的挤压包套在40秒内自动从热处理炉转移到挤压机。使挤压包套挤压通过直径为7.170英吋的压模。获得的挤压件直径为7.170英吋，长约7英寸。接着把挤压产品放入蛭石床内，使它慢冷至室温。冷却后，切除挤压件的头尾。接着将获得的方坯在1800°F之下进行初轧，使其直径从7.170英寸降至6英寸。初轧后的方坯显示出极好的塑性变形和延伸性能，没有任何开裂和末端劈开，由于金属是被厚度约1/8英寸的挤压碳钢管所保护，因而实际上没有脱碳现象发生。初轧工序操作以后，把粉末金属方坯再进行热轧(hot-rolled)至最终尺寸为约4英寸的园角方钢。由于有炭钢套筒，因此热轧时没有脱炭出现，轧后套筒的厚度约为1/32英寸。所得产品的密度为理论值的100%，用遮断法测量可知其颗粒大小均始终小干＃30，碳化物的分布也很细，难于把颗粒尺寸和碳化物尺寸区分开来。最后将所得产品用超声波探伤仪分析，发现其质量是完好的且没有缺陷。实例2使用T-15型合金粉末，主要化学分析如下碳＝1.55%;锰＝0.30%;硅＝0.30%;铬＝4.本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产密实金属粉末方坯的方法，此法包括将金属粉末装入包套，包套由抗变形力比方坯金属低的金属制成；将包套内的金属粉末压实，使其密度达理论密度的８０％；将内侧盖板置于包套内的金属粉末上，内侧盖板不固定在包套壳上，内侧盖板上再置一外盖板并将其固定在包套壳上，二板均由抗变形力比方坯金属低的金属制成，二板厚度均比包套壁厚大几倍；将填装好的包套加热至低于包套和金属粉未熔点的温度，首先热挤压包套盖板，此时内侧盖板部分挤压金属粉未，将挤压方坯的密度基本上提高到理论值的１００％。

【技术特征摘要】
范围内。权利要求1.生产密实金属粉末方坯的方法，此法包括将金属粉末装入包套，包套由抗变形力比方坯金属低的金属制成；将包套内的金属粉末压实，使其密度达理论密度的80%；将内侧盖板置于包套内的金属粉末上，内侧盖板不固定在包套壳上，内侧盖板上再置一外盖板并将其固定在包套壳上，二板均由抗变形力比方坯金属低的金属制成，二板厚度均比包套壁厚大几倍；将填装好的包套加热至低于包套和金属粉未熔点的温度，首先热挤压包套盖板，此时内侧盖板部分挤压金属粉未，将挤压方坯的密度基本上提高到理论值的100%。2.根据权利要求1所述的方法，其中包套和盖板是由碳钢制成的，金属粉末是硬度比碳钢大的合金。3.根据权利要求2所述的方法，其中包套的壁厚不超过1/2英寸，内侧盖板和外盖板的厚度约为3英寸。4.根据权利要求1所述的方法，其中金属粉末是用惰性气体雾化并在1/10秒钟内从其液相线温度冷却至约425℃。5.根据权利要求1所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：温森特N迪吉姆巴蒂斯塔，
申请(专利权)人：沃尔技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]