[发明专利]一种粉末高温合金制坯的等通道挤压模具

说明书

技术领域

本发明涉及粉末高温合金的制坯技术领域，具体地说，涉及一种粉末高温合金制坯的等通道挤压模具。

背景技术

随着航空航天、造船、汽车工业的发展，粉末冶金技术被广泛应用于航空、船舶和工业燃气轮机的涡轮盘和叶片制造中，并且取得了快速的发展，已成为制造高性能涡轮盘和叶片的一种成熟、可靠的方法。制备高性能高温合金坯料，是先进航空发动机研制和生产过程中的关键工艺环节和制备基础。只有合理制坯，才能在后续成形及热处理工艺过程中，确保其成形性能、使用性能及工艺可靠性。粉末冶金方法生产制备高温合金时，每个粉末颗粒都是由微量液体金属快速冷凝而成，其成分偏析仅限制在粉末颗粒的内部。因此，粉末压制成的坯料具有组织均匀细小，不存在整体成分偏析问题。均匀的组织和细小的晶粒能使粉末冶金材料得到优异的力学性能和热工艺性能，从而减轻装备重量并降低生产成本。在现代高温合金研制中，其强度指标在很大程度上取决于晶粒的大小和晶粒与制件的厚度关系，所以对坯料进行晶粒细化和均匀化处理非常重要。制备粉末高温合金制件，通常采用热等静压、热等静压+等温锻造、热挤压等工艺。热等静压方法能有效地破碎非金属夹杂物以及原始颗粒边界，达到细化晶粒、提高合金成形性能和使用性能的目的，但该工艺对粉末的质量要求高；而热等静压+等温锻造工艺生产制备的合金，其强度和塑性指标比直接经热等静压后的合金有所提高，但持久强度几乎无变化，且工艺过程复杂，设备昂贵，所用粉末的粒度要求较高。采用热挤压方法也可以实现细化晶粒的目的，但需要采用大型挤压设备。为实现晶粒细化，Yan Beygelzimer提出了一种挤扭（TE）的新方法（J Mater Process Tech，2009，209(7):3650），但该方法仅适用于非圆形截面坯料。在专利CN102039324A和专利CN201862645U中公开了一种制备变通道超细晶铜铝线材的装置及制备方法，是将螺旋变通道挤压模具改制成拉拔模具，其提供的一拉两压应力状态，效果不及挤压模具的三向应力状态，并且该方法仅适用于直径较小的线材生产。在专利CN201371172Y中提出的一种变通道挤压模具和专利CN201711480U中介绍的一种用于长轴类锻件制坯的胎模，以及专利CN201862645U中描述的一种制备变通道超细晶铜铝线材的装置，都是采用由圆截面变为椭圆截面，再由椭圆截面变为圆截面的方法，利用扭转模具型腔成形预制工件，这种方法虽然具有载荷小、成本低、效率高和结构简单的特点，但现有技术中挤压模具的型腔将挤、扭过程分开，增加了工艺的复杂性和模具的结构尺寸，并且不能有效地实现挤扭过程协同作用下的简单剪切变形，而简单剪切变形能最大程度地细化晶粒，并消除粉末冶金材料的原始颗粒边界。

发明内容

为了克服现有技术中存在的制备材料晶粒尺度粗大、实验条件苛刻、工艺过程复杂的不足，本发明提出一种粉末高温合金制坯的等通道挤压模具，该模具可用于制备晶粒细小、组织均匀、无宏观偏析、合金化程度高、屈服强度和疲劳性能好的粉末高温合金坯料。通过改善粉末高温合金坯料组织特征可有效降低生产成本，提高生产效率，同时由于挤压过程中晶粒细化效果明显，原始颗粒边界消除彻底，粉末高温合金坯料的综合力学性能得到明显提高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:粉末高温合金制坯的等通道挤压模具包括圆台形引导段、变形扭转过渡段、圆形整形段，圆台形引导段型腔为变直径圆形通道，初始截面圆形直径为1.2D，终止处圆形直径为D，圆台形引导段长度为0.8D；变形扭转过渡段型腔包括圆台形引导段终止处圆形截面光滑过渡并扭转为椭圆截面、椭圆截面光滑过渡并扭转为圆形截面，圆台形引导段终止处圆形截面光滑过渡并扭转为椭圆截面的长轴与短轴比值为a，顺时针扭转角度为φ/2，型腔长度为b×D/2；椭圆截面光滑过渡并扭转为圆形截面直径为D，顺时针扭转角度为φ/2，型腔长度为b×D/2；圆形整形段型腔截面为直径等于D的圆形截面，圆形整形段的长度与直径相同。

所述变形扭转过渡段工艺参数，椭圆形截面的长短轴比值a为1.2-2.7、扭转角φ为26.5°-66.5°、变形扭转过渡段长度与锻坯直径比值b为0.7-1.5。

有益效果