[发明专利]热等静压罐的端板、热等静压罐和热等静压方法

说明书

技术领域

本公开总体上涉及热等静压。本公开的某些方面涉及热等静压罐和热等静压方法。

发明背景

常常通过简写“HIPping”提到的热等静压是一种用于制造大粉末冶金物件(包括但不限于大圆筒)的制造工艺。热等静压常规地用于锻造将金属和金属合金粉末固结成粉末罐锻造坯，所述锻造坯可以是圆筒形的或具有其他坯体形状。热等静压工艺提高材料的机械性质和后续锻造和其他加工的可使用性。

典型HIP工艺包括将粉末状金属和/或粉末状金属合金(“冶金粉末”)装载到柔性膜或密封罐中，所述柔性膜或密封罐充当粉末与周围加压介质之间的压力屏障。加压介质可以是液体或更通常是惰性气体，诸如氩气。在使用罐的HIP工艺中，将装有粉末的罐放置于压力腔室中并且加热到使罐内部的冶金粉末形成冶金结合的温度。加压腔室并且保持在高压和高温下。罐变形，并且罐内的冶金粉末被压缩。等静压力的使用确保在整个冶金粉末主体中的均一压实压力，这在固结的坯块中产生均匀的密度分布。

热等静压罐可以具有圆筒形状或适合于从放置于罐中的冶金粉末形成所要压实形状的任何其他所要形状。图1A中以罐100示意性示出的一种常规热等静压罐设计包括圆筒形钢壁和平面或阶梯状端板。图1B是热等静压罐100的一部分穿过中心轴线的截面的示意性图示。热等静压罐100包括主体部分102和平面端板104，所述平面端板通过焊珠106紧固到主体部分102的每一端上。填充杆108穿过端板104紧固并且被配置成允许罐100用冶金粉末填充并且允许从罐100抽出空气。一旦罐100用冶金粉末填充并且从罐100抽出空气，就将罐100密封。可以通过卷曲填充杆108或通过其他手段使罐100的内部与外部环境隔绝来实现密封。主体部分102、端板104和填充杆108典型地由软钢或不锈钢制成。

常规热等静压罐设计具有若干缺点。举例来说，常规圆筒形热等静压罐在组装后内部难以清洁。另外，可能不能用冶金粉末完全填充常规热等静压罐的内部，这是由于粉末在通过填充杆进入罐中之后水平移动困难。某些热等静压罐设计包括多个填充杆以改进罐填充并且提高除气效率。然而，包括额外的填充杆增加了成本，在HIP期间提供额外的可能罐失效点，并且典型地对增加真空除气效率仅具有小的影响。在HIP固结期间由局部高度扭曲造成的极端应力下焊接从而将填充杆穿过端板紧固(并且将端板紧固到罐上)和包括多个填充杆以解决粉末填充问题使得HIP固结期间焊接失败的风险增加。另外，包括多个填充杆的常规罐设计在热等静压期间必须进行反转以保证所有杆用冶金粉末填充并且防止杆在固结期间崩溃，并且这一程序增加员工的危险并且为部件损坏创造机会。

因此，需要改进的热等静压罐设计。这种设计优选地解决了与常规罐设计有关的粉末填充问题，但无需在罐上包括额外的填充杆。

发明概要

本公开的一个非限制性方面是针对一种热等静压罐的端板。端板包括中心区域和主区域，所述主区域从中心区域径向延伸并且在围绕端板周边的拐角处终止。拐角包括被配置成与罐的主体部分配合的周边唇缘。端板从中心区域到拐角的厚度增加并且确定一个锥角。拐角的内表面包括圆角部分，主区域通过所述圆角部分平滑地过渡到唇缘。

本公开的另一个非限制性方面是针对一种用于热等静压粉末状材料的罐。热等静压罐包括圆筒形主体部分，所述圆筒形主体部分包括环形第一端和环形第二端。第一端板焊接到主体部分的环形第一端。第二端板焊接到主体部分的环形第二端。第一端板包括中心区域和主区域，所述主区域从中心区域径向延伸并且在围绕第一端板周边的拐角处终止。拐角包括被配置成与罐的主体部分的环形第一端配合的周边唇缘。第一端板从中心区域到拐角的厚度增加并且确定一个锥角。拐角的内表面包括圆角部分，主区域通过所述圆角部分平滑地过渡到唇缘。第一端板进一步包括穿过其的填充杆，粉末可以通过所述填充杆引入到热等静压罐的内部体积中。