[其他]合金粉末方坯的制造和熔凝

说明书

本发明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。

本发明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。

下面是本发明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。

本发明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%。