[发明专利]粉末高温合金卧式挤压一体化包套及其制作方法

说明书

本发明属于粉末高温合金技术领域，涉及粉末高温合金卧式挤压一体化包套及其制作方法，一体化包套由粉嘴、包套上盖、包套外壁以及包套尾垫组成，各部件均采用不锈钢制作并焊接；焊接后进行真空退火，从而保证包套密封性，防止粉末处理和热等静压实施过程中包套出现漏气。本发明所述包套既可以作为粉末包套，将经过粉末处理的粉末装填后进行热等静压，实现高温合金粉末的致密化；又可以作为后续热挤压工艺的包套，在挤压过程中起到保温作用，减少高温合金锭坯本体的温降，有利于降低挤压抗力；增加了包套尾垫，可以作为挤压坯料压余，减少粉末高温合金的浪费；同时，采用一体化设计简化包套制造流程，降低成本的同时提高挤压稳定性。

技术领域

本发明属于粉末高温合金技术领域，涉及一种粉末高温合金粉末成型及热挤压一体化包套及其制作方法。

背景技术

涡轮盘是燃气涡轮发动机关键件之一。其工作条件十分苛刻，在高温、高转速、高应力、高速气流下工作，承受着高的离心负荷、热负荷、气动负荷、振动负荷和环境介质的腐蚀及氧化作用，每次飞行还要经受起动、加速、巡航、减速、停车等循环的机械应力和温差引起的热应力的联合作用。涡轮盘各部位承受不同的交变负荷，其工作状况直接影响发动机的使用性能、可靠性、安全性和耐久性。随着高推重比、高功重比及高燃效发动机的发展，对涡轮盘冶金质量、疲劳性能、可靠性及耐久性提出了更高的要求。

随着航空发动机对安全性、可靠性及长寿命需求的不断提高，制造装备的不断升级，粉末高温合金的涡轮盘的制造工艺逐渐从直接热等静压工艺(热等静压+热处理)向变形工艺(热等静压+热挤压+等温锻造+热处理)转变。

涡轴发动机涡轮盘由于盘件直径较小，限制了挤压棒材的直径尺寸(Φ130mm～Φ160mm)，综合考虑国内挤压设备情况，宜采用卧式挤压制备涡轴发动机涡轮盘用挤压棒材。目前国内适用的该尺寸挤压的卧式挤压设备资源紧张，且挤压设备的载荷能力上限接近粉末高温合金挤压抗力，为粉末高温合金的热挤压工艺的开展带来了较大的难度。为了有效降低挤压抗力，目前采用了在热等静压锭坯表面增加包套的方式，但是该方法需要对热等静压锭坯进行大量的加工，且后续增加的包套容易与热等静压锭坯存在间隙，反而因气体无法排除而导致挤压抗力的增大，造成挤压棒材开裂。同时，热等静压锭坯的加工既会浪费粉末高温合金材料，又会造成工艺周期的延长。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术中存在的技术问题提出一种粉末高温合金卧式挤压一体化包套及其制作方法。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一方面，本发明提供一种粉末高温合金卧式挤压一体化包套，所述一体化包套包含粉嘴1、包套上盖2、包套外壁3以及包套尾垫4，各部件均采用不锈钢制作并焊接而成；

所述粉嘴1的焊接坡口为45°～55°；

所述包套上盖2厚度不小于20mm，包套锥角不小于5°；

所述包套外壁3直径范围为225mm～425mm，壁厚不小于13.5mm，焊接坡口为45°～55°；

所述包套尾垫4的厚度不小于115mm，焊接坡口为45°～55°。

优选地，包套各部件采用304L不锈钢。

优选地，包套各部件并采用氩弧焊连接。

本发明还提供所述粉末高温合金卧式挤压一体化包套的制作方法，所述制备方法中：一体化包套尾垫4在热等静压前完成焊接，热等静压温度不低于1100℃，压力不小于140MPa，时间不小于2h。以实现并在粉末热等静压致密化过程中实现扩散连接。

一体化包套焊接后进行真空退火，从而保证包套密封性，防止粉末处理和热等静压实施过程中包套出现漏气；包套装填高温合金粉末后，经热等静压致密化后，将包套头部加工成斜角即可进行热挤压；优选地，斜角范围为40°～50°。