[发明专利]一种复杂封闭中空薄壁件的粉末增量烧结成形方法

说明书

本发明公开一种复杂封闭中空薄壁件的粉末增量烧结成形方法。它主要包含以下步骤：(1)将粉末原料在一定的条件下进行第1次烧结，获得具有一定形状及致密度的预制坯；(2)根据实际构件的形状尺寸及结构特征，将粉末原料分步、分区进行第2次至第n次烧结(n≥2)，并与第n‑1次烧结获得的预制坯进行一体化致密连接；(3)通过粉末原料的增量累积、烧结致密连接获得最终复杂封闭中空薄壁件、无焊缝，安全可靠性高。该方法具有提高构件致密度和微观组织均匀性，以及整体力学性能的优势，突破了此类材料复杂封闭中空薄壁整体构件成形困难和组织性能控制困难的技术瓶颈。

技术领域

本发明涉及粉末冶金成形技术领域，特别是涉及一种复杂封闭中空薄壁件的粉末增量烧结成形方法。

背景技术

在国防装备等工业领域中，复杂形状整体薄壁构件的应用十分广泛，例如：封闭截面空心薄壁类构件(高速飞行器进气道、喷管、包壳管等)等。由于使役条件的要求，此类构件往往需要采用难变形的耐高温材料制造。

通过现有工艺成形难变形材料复杂封闭中空薄壁件难度极大，且工艺步骤复杂、成本高、周期长、构件性能较差。例如：TiAl合金等材料成分较复杂，熔炼充型较困难；NiAl合金等材料凝固潜热大，采用液固相变制备成形极易产生热裂纹；高速工具钢等材料液态成形构件组织粗大，且易产生疏松和成分偏析，因而性能较差。此外，高温合金、硬质合金、陶瓷等材料塑性成形温度超高，对成形设备、条件要求苛刻或无法塑性成形。特别是针对一些高精度、高性能要求的复杂封闭中空薄壁件，其成形加工的难度尤为突出，已成为制约我国国防等领域重要装备高性能构件制造技术发展的瓶颈问题之一。

近年来，采用粉末冶金工艺路线成形难变形材料构件成为了研究热点。粉末冶金的工艺优势主要有：工艺步骤相对简单、效率及材料利用率较高、成本较低，成形构件的微观组织细小、成分均匀、性能相对较高。然而，在粉末烧结成形过程中，粉末原料与模具材料之间的摩擦力会引起微观烧结应力场分布不均匀，进而导致烧结材料的致密化程度、显微组织的不均匀，影响材料的使役性能。以薄壁中空管类构件为例，所成形坯件在加载方向上因应力分布梯度会造成致密度及微观组织的不同。对于复杂形状整体薄壁构件，构件的致密度不均匀、微观组织和力学性能不均匀等问题尤为突出。

因此，亟需开发难变形材料复杂封闭中空薄壁件的成形新工艺，以满足我国新一代高可靠性装备发展对高性能、高精度复杂形状整体薄壁构件的迫切需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种复杂封闭中空薄壁件的粉末增量烧结成形方法，以解决上述现有技术存在的问题，该成形方法能够获得具有均匀的高致密度、无焊缝、微观组织均匀、力学性能优异的难变形材料薄壁构件。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种复杂封闭中空薄壁件的粉末增量烧结成形方法，其特征在于，通过粉末原料的分步分区烧结-致密-连接一体化，实现增量累积成形，最终获得复杂形状整体薄壁构件，具体包括以下步骤：

1)将粉末原料置于模具中，在压头上施加烧结压力，进行第1次烧结，获得预制坯；

2)根据实际构件的形状尺寸及结构特征，将粉末原料分步、分区添加到预制坯的相应部位，在压头上施加烧结压力，进行第2次烧结，获得预制坯；

3)根据实际构件的形状尺寸及结构特征，在第n-1次烧结获得的预制坯上进一步循环步骤2)中的操作，进行第n次烧结，其中n≥2；

4)将最终获得的整体薄壁件从模具中取出。

优选的，第n-1次烧结所获得的预制坯或构件的相对致密度为90.0％-99.9％。

优选的，第2次至第n次烧结时所采用的粉末原料可与第n-1次烧结时的不同。

优选的，薄壁构件为圆形等截面中空薄壁构件、矩形等截面中空薄壁构件或异形等截面中空薄壁构件。