[发明专利]一种制备细粒径粉末高温合金热等静压制件的装置及方法

说明书

本发明属于高温合金技术领域，涉及一种制备细粒径粉末高温合金热等静压制件的装置及方法，通过CO在高温下对粉末进行还原，有效地去除了粉末颗粒表面吸附的O₂和H₂O，从而解决了热等静压制件中的原始颗粒边界问题；另一方面，CO与O₂、H₂O反应的过程中，会使得粉末颗粒间形成烧结径，能够避免运输过程中低频振动造成的粉末分层，保证了粉末在包套内的均匀分布。利用本发明提供的方法，可以有效解决细粒径粉末热等静压成型过程中出现的原始颗粒边界问题，有利于后续的热挤压过程中获得晶粒细小、组织均匀的挤压制件并提高热挤压工序的成品率。

技术领域

本发明属于高温合金技术领域，涉及一种制备细粒径粉末高温合金热等静压制件的装置及方法。

背景技术

镍基高温合金主要用于制造涡轮盘等发动机热端部件，随着发动机性能的提升，推重比、涡轮前燃气温度以及压气机增压比不断提高，而压气机和涡轮级数却逐渐减小，使单级负荷不断增大，零件的应力水平越来越高，工作状况越趋恶劣，对材料的高温强度、疲劳性能以及耐久等有着更为苛刻的要求。在高温合金制备过程中只有通过不断增加合金元素的组分来提高其使用性能，但是高组分合金在铸造过程中往往会出现成分元素偏析、晶粒尺寸粗大等现象导致热工艺性能恶化。

随着航空发动机涡轮盘制备技术的不断进步，特别是民用航空发动机的迅猛发展，对涡轮盘等热端部件的性能提出了更高的要求，损伤容限概念的提出使得细粒径粉末在航空发动机的应用越来越广泛，欧美国家采用细粒径粉末+热等静压+热挤压+超塑性等温锻造工艺路线制备的粉末高温合金盘广泛应用于民用和军用航空发动，其中热挤压和超塑性等温锻造可有效破碎热等静压过程产生的原始颗粒边界。近三十年我国在细粒径粉末盘制备方面进行了大量研究，掌握了制备技术，但是由于母合金质量欠缺以及缺乏大型挤压机等限制，存在细粒径粉末盘成品率低、原始颗粒边界问题导致盘件性能恶化等问题，严重制约了我国民用和军用航空发动机的突破性发展。

此外，细粒径粉末由于比表面积高，粉末颗粒表面吸附的O₂、H₂O等气体含量极具增加，同时在粉末制备过程中，粉末表面也会偏聚O、C、Al等元素，在后续的热等静压过程中，这些吸附的O₂、H₂O以及偏聚的O、C、Al等元素会与粉末颗粒表面的MC′等反应生成氮氧化物，这些氮氧化物在晶界聚集从而产生原始颗粒边界。原始颗粒边界的出现会使得粉末盘件的塑性明显下降，造成缺口敏感性。同时在后续的热挤压过程中，大部分挤压能量用于破碎原始粉末颗粒边界，使得挤压过程中变形不充分，部分变形区域组织的再结晶驱动力不足，造成挤压后的制件组织不均匀，从而降低了成品率。虽然使用更大的挤压力可以有效去除密集原始颗粒边界，但这又与我国缺乏大型挤压机的基本现状相冲突。因此，如何使用细粒径合金粉末制备出无原始粉末颗粒边界的制件成为了制备涡轮盘等热端核心部件的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种制备细粒径粉末高温合金热等静压制件的装置及方法，可有效解决细粒径粉末热等静压成型过程中出现的原始颗粒边界问题，有利于后续的热挤压过程中获得晶粒细小、组织均匀的挤压制件并提高热挤压工序的成品率。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种制备细粒径粉末高温合金热等静压制件的装置，包括装置本体和位于其内部的包套，所述装置本体的上方设置有装粉料罐，所述装粉料罐通过下粉管与包套相连；所述包套的外部设置有加热机构，所述包套的底部连接有振动机构，所述振动机构与加热机构均位于装置本体内；所述装置本体还连接有用于对装置本体内抽真空的真空泵组，所述装置本体的一侧还设置有通入CO气体的充气口。

进一步，所述加热机构包括套设在所述包套周壁外的圆筒形基体，所述圆筒形基体上分布有加热带。

进一步，所述加热带缠绕于圆筒形基体的外壁。