一種基于分流增塑的熱等靜壓成形方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于熱等靜壓成形技術領域，更具體地，涉及一種基于分流增塑的熱等靜壓成形方法。
【背景技術】
[0002]近年來熱等靜壓(Hot Isostatic Pressing)技術快速發展，熱等靜壓后的制品因其良好的力學性能，極高的材料利用率(90%以上)以及可成形各種復雜零部件的優勢而廣泛應用于航天航空、船舶和汽車等領域中。熱等靜壓制品主要使用貴重粉末材料成形復雜零部件，如Ti合金、Ni基高溫合金等。
[0003]熱等靜壓技術主要是利用包套作為粉末材料成形的容器，包套和控形型芯即為熱等靜壓的成形模具，在熱等靜壓過程中首先往包套中填充粉末，然后封焊端蓋，檢測漏氣狀況，如果不合格則重新封焊至不漏氣為止，之后震動緊實，抽真空，將抽氣管封焊從而獲得壓坯，接著對壓坯進行適當溫度和壓力下的熱等靜壓成形，之后去除包套得到粗坯，最后去除控形型芯并精加工得到最終零部件。整個成形過程中控形模具對等靜壓制品控形起到很大作用，是熱等靜壓制品成功與否的關鍵。
[0004]傳統熱等靜壓包套的控形型芯主要用高溫下不易變形的石墨和陶瓷材料，這樣雖然可以保證制件的尺寸精度但是由于石墨或陶瓷材料型芯沒有退讓性對粉末的變形阻力太大，粉末充型時受三向靜水壓力，主應力之間差距很小無法達到屈服條件，塑性變形很差，無法致密化；而且成形過程中遠離型芯的粉末和型芯附近粉末流動速度差別很大，這使得最終零件性能各部位不均勻，最終影響制件性能。此外，采用熱等靜壓工藝制備復雜零部件時，常常因零件復雜使得等靜壓過后零件拐角、狹長流道等位置的粉末因流動困難，降低了制件關鍵位置的力學性能，阻礙了熱等靜壓的發展影響了制件的整體性能。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于分流增塑的熱等靜壓成形方法，該方法引入分流增塑的原理以提高粉末熱等靜壓過程中的流動性，利用分流增塑芯的高溫退讓性或開設分流增塑孔，使得粉末在熱等靜壓成形時充填狹長流道時始終存在徑向流動，避免粉末變形集中在難致密的粉末流動區域，增加了粉末流動性，分散了應力集中，粉末流動更好，流動速度更均勻，成形效果更好，最終使得零件致密化提高性能增強，因而適用于難以致密化的復雜零件的熱等靜壓成形。
[0006]為實現上述目的，本發明提出了一種基于分流增塑的熱等靜壓成形方法，其特征在于，該方法包括如下步驟:
[0007](1)根據待熱等靜壓成形零件的形狀和尺寸，設計并加工出熱等靜壓成形模具，在所述成形模具局部粉末難流動部位增設分流增塑件；
[0008](2)采用CAE模擬軟件對所述熱等靜壓成形模具模擬熱等靜壓成形過程，根據CAE模擬結果調整所述分流增塑件的尺寸和位置；
[0009](3)根據CAE模擬結果裝配所述熱等靜壓成形模具和分流增塑件，然后在所述熱等靜壓成形模具中裝入粉末后震實，接著對所述熱等靜壓成形模具抽真空并封焊；
[0010](4)對所述熱等靜壓成形模具進行熱等靜壓成形處理；
[0011](5)待所述熱等靜壓成形處理完成后，去除熱等靜壓成形模具和分流增塑件以獲得熱等靜壓成形零件壓坯，精加工所述壓坯得到所需的熱等靜壓成形零件。
[0012]作為進一步優選的，所述分流增塑件為分流增塑孔或分流增塑芯。
[0013]作為進一步優選的，所述分流增塑孔對稱設于所述粉末的狹長流道的兩側。
[0014]作為進一步優選的，在熱等靜壓成形過程中，所述粉末流入所述分流增塑孔中，保證狹長流道未完全填充之前始終存在粉末流動。
[0015]作為進一步優選的，所述分流增塑芯在熱等靜壓升溫升壓過程中，控制所述粉末的徑向流動，在熱等靜壓保溫保壓過程中，所述分流增塑芯屈服軟化，為所述粉末的徑向流動提供空間。
[0016]作為進一步優選的，所述熱等靜壓成形處理時的壓力為lOOMPa?120MPa。
[0017]總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的技術優點:
[0018](1)在傳統熱等靜壓工藝中引入了分流增塑的概念，提供了全新的粉末致密化成形方式。
[0019](2)采用增設分流增塑孔來提高粉末熱等靜壓過程中的流動性，大大增加了粉末難致密部位的相對密度。
[0020](3)分流增塑孔和分流增塑芯的存在使得狹長流道在粉末填充飽滿之前始終存在增流槽的徑向粉末流動，避免了狹長流道部位粉末的大變形以及大應力集中，提高了最終制件的綜合性能。
[0021](4)傳統熱等靜壓在成形復雜零件時，為保證局部粉末難流動部位的粉末相對密度往往必須將壓力取得很大(120MPa以上)，而采用分流增塑的方法可在保證局部相對密度的情況下有效降低壓力。
【附圖說明】
[0022]圖1 (a)和(b)是增設分流增塑芯制備渦輪盤復雜件的模具示意圖及成型后渦輪件；
[0023]圖2(a)和(b)是增設分流增塑孔制備錐狀復雜件的模具示意圖及成型后錐狀件。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0025]本發明針對熱等靜壓復雜件局部難致密的缺陷，引入分流增塑的概念，利用CAE模擬指導增設分流增塑孔或設計分流增塑芯，其中分流增塑芯能使得熱等靜壓升溫升壓過程中增塑芯由于沒有達到屈服強度控制了粉末的徑向流動，而在保溫保壓階段由于溫度壓力達到臨界值，增塑芯屈服軟化，粉末能夠有徑向流動空間。而分流增塑孔由于直徑小，在常溫下粉末不會流入，而高溫下由于粉末蠕變結合高壓粉末會流入分流增塑孔，這使得粉末在熱等靜壓充填流道過程中，在粉末完全填充狹長流道之前始終存在粉末流動，減小了粉末充型的壓力，增加了粉末局部難致密部位的相對密度，一定程度上分散了應力集中，使得最終制件綜合機械性能更好。
[0026]本發明的一種基于分流增塑的熱等靜壓成形方法，其具體包括如下步驟:
[0027](1)根據待熱等靜壓成形零件的形狀和尺寸，設計并加工出熱等靜壓成形模具，在成形模具局部粉末難流動部位增設分流增塑件:
[0028]所述的熱等靜壓成形模具包括包套和控形型芯，根據所需成形的零件材料、尺寸和結構特點，選擇包套、控形型芯材料，設計包套和控形型芯的形狀和尺寸，包套選擇合適金屬材料(如45鋼等)，控形型芯對控形要求高的部位應用高溫下變形可忽略的石墨材料或陶瓷材料等；
[0029]對于有狹長流道的難充型部位，考慮增設分流增塑孔或局部設計分流增塑芯，分流增塑孔可對稱設計在狹長流道的兩側，孔徑優選為0.1_左右；分流增塑芯根據熱等靜壓工藝和粉末材料選擇，一方面要考慮在一定溫度先軟化，另外不能與粉末材料發生反應。
[0030](2)采用CAE模擬軟件對熱等靜壓成形模具模擬熱等靜壓成形過程，根據CAE模擬結果調整并確定增設分流增塑件(分流增塑孔或分流增塑芯)的尺寸和位置。
[0031](3)根據CAE模擬結果裝配熱等靜壓成形模具和分流增塑件，然后在熱等靜壓成形模具中裝入粉末并震動緊實，接著