[发明专利]一种用于提高零件表面质量的热等静压成形方法

说明书

技术领域

本发明属于热等静压成形领域，更具体地，涉及一种用于提高零件表面质量的热等静压成形方法。

背景技术

航空发动机的工作叶片、涡轮盘、燃烧室等关键部位的高温部件对材料的要求极为苛刻，它不但要求具有良好的高温抗氧化和抗腐蚀能力，同时还要求具有较高的高温强度、蠕变强度和持久强度以及良好的疲劳性能。镍基合金和钛合金因其具有良好的综合性能而广泛应用于航空航天领域。镍基合金具有良好抗热疲劳性、热膨胀系数低、弹性模量高等特点，同时具有良好的高温抗氧化性和抗腐蚀能力，镍基高温合金一般在600℃以上并承受一定的应力条件下工作，广泛的应用于航空发动机和工业燃气涡轮等热端部件；钛合金具有比强度高，高热强性和高持久强度，在震动载荷以及冲击载荷作用下裂纹的敏感性低，并且具有良好的抗腐蚀性，因此在航空航天发动机以及壳体结构中应用较为广泛。

但是，由于镍合金和钛合金熔点高、强度大，采用常规方法加工(铸造、锻造、机加工)成形难度较大。目前，采用热等静压技术实现复杂钛合金零件的粉末整体成形，在高温高压同时作用下，通过包套介质传递温度和压力，使包套内粉末材料变形、致密并固结。使用热等静压成形零件具有宏观偏析小、力学性能好、材料利用率高和成形工艺周期短的优势。

然而，现有技术中采用常规材料做控型型芯时，在高温高压作用下，粉末颗粒元素与控形型芯之间容易发生扩散，致使成形后零件表层元素含量发生改变，部分元素通过扩散作用转移到了控形型芯表面，同时控形型芯表面也有部分元素通过扩散到了成形零件表面，这种现象导致了合金元素分布不均匀，降低了零件表面质量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于提高零件表面质量的热等静压成形方法，其中利用在碳钢型芯表面涂覆一层具有一定厚度的陶瓷涂层，可避免粉末和控形型芯的物理接触，有效阻止碳钢芯子和粉末材料之间的元素扩散，避免合金表面因扩散造成的元素偏析，提高合金表面质量；同时对热等静压的成形工艺进行研究和设定，可成形出致密化程度高，综合性能优良的合金零件。

为实现上述目的，本发明提出了一种用于提高零件表面质量的热等静压成形方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)根据成形零件的形状和尺寸，利用三维建模软件设计出包套和控形型芯的三维模型；

(2)根据所设计的三维模型制作包套和控形型芯，所述包套采用不锈钢制成，所述控形型芯采用碳钢制成；利用PVD法在所述控形型芯表面喷涂陶瓷涂层；

(3)将所述控形型芯固定在所述包套中，然后往包套内填充粉末，并震动摇实；对所述包套进行抽气处理，同时对其进行加热处理，以排除粉末颗粒间的残存气体，待包套中真空度达到一定程度后进行封焊处理；

(4)采用先升温后升压的热等静压处理工艺对所述包套进行热等静压处理，在处理过程中，所述粉末在高温高压作用下紧实致密化，所述陶瓷涂层用以减少所述粉末与控形型芯表面的摩擦力，并阻止粉末和控形型芯之间的元素扩散，从而提高零件的表面质量；

(5)采用机加工或化学腐蚀法去除包套及控形型芯，获得最终零件。

进一步优选的，所述陶瓷涂层为AlTiN，其厚度为10μm～50μm。

进一步优选的，所述加热处理的加热温度为400℃～650℃。

进一步优选的，步骤(3)中所述的真空度达到一定程度后是指真空度为10^-3～10^-4。

进一步优选的，所述热等静压处理的保温温度为950℃～1200℃，压力为100MPa～200MPa。

进一步优选的，所述热等静压处理的保温温度进一步优选为1100℃，压力进一步优选为120MPa。

进一步优选的，所述粉末优选为FGH97合金粉末、Inconel625合金粉末或TC4合金粉末。

总体而言，通过本发明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：