【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)是一種內(nèi)嵌冷卻液的高溫合金坯料的制備方法，屬于散熱構(gòu)件的加工制造。
技術(shù)介紹
1、大型筒體鍛件被廣泛應(yīng)用于核電、水電、石油化工和煤的液化、氣化等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的采用實(shí)心坯料的高溫鍛造工藝復(fù)雜，存在坯料利用率低和生產(chǎn)周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)，而且由于采用大截面坯料降低了冷卻速度，宏觀偏析較嚴(yán)重。
2、相比于實(shí)心坯料生產(chǎn)筒體鍛件，使用空心坯料有以下優(yōu)點(diǎn)，即可省去沖孔等工序，簡(jiǎn)化鍛造操作，縮短工藝流程；能顯著提高坯料利用率，節(jié)約材料；加工截面大幅度減小，內(nèi)外同時(shí)冷卻提高了冷卻速度，可減少偏析和提高材料均質(zhì)性；能提高現(xiàn)有設(shè)備加工能力，生產(chǎn)更大噸位的簡(jiǎn)體鍛件。
3、目前國(guó)內(nèi)的空心坯料制備技術(shù)基本成熟，但是不同于實(shí)心毛坯，空心毛坯不能通過反復(fù)鐓拔來改善組織，其鍛造過程是不可逆的，需要建立新的技術(shù)規(guī)范以控形和控性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)狀況而設(shè)計(jì)提供了一種內(nèi)嵌冷卻液的高溫合金坯料的制備方法，其目的是實(shí)現(xiàn)帶冷卻介質(zhì)的空心高溫合金坯料的整體成形，并盡可能地減少該坯料的結(jié)構(gòu)重量。
2、本專利技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
3、該種內(nèi)嵌冷卻液的高溫合金坯料的制備方法是將一塊由ti粉、al粉、mg粉和zn粉構(gòu)成的冷卻芯通過包套結(jié)構(gòu)形成外圍是鎳基高溫合金粉末的圓柱體形的高溫合金塊，并開放包套的抽氣孔；然后將高溫合金塊放入真空感應(yīng)加熱爐中加熱至900℃，保持0.5-1h，此時(shí)氣化的zn從抽氣孔中被抽出，待圓柱體冷卻后，封堵抽氣孔；將
4、在實(shí)施時(shí)，所述ti粉和al粉的粉末粒度為-200～-300目，mg粉和zn粉的粉末粒度為-350目～-400目。
5、在實(shí)施時(shí)，所述ti粉、al粉、mg粉、zn粉的體積占比分別為20％、20％、30％、30％。
6、在實(shí)施時(shí)，所述冷卻芯的制備過程是將ti粉、al粉、mg粉和zn粉在真空環(huán)境中機(jī)械混合，然后通過冷等靜壓成柱狀的冷卻芯，冷等靜壓壓力1000～1400mpa，保壓時(shí)間2-3h。
7、在實(shí)施時(shí)，所述冷卻芯的致密度為80～90％，冷卻芯中分布著大顆粒的ti粉和al粉，并且發(fā)生了塑性變形，粉末粒度較小的mg粉和zn粉彌散分布在ti粉和al粉構(gòu)成的微觀組織中。
8、在實(shí)施時(shí)，該制備方法的步驟如下：
9、步驟一、原材料準(zhǔn)備
10、準(zhǔn)備ti粉、al粉、mg粉和zn粉，ti粉和al粉的粉末粒度為-200～-300目，mg粉和zn粉的粉末粒度為-350目～-400目；
11、步驟二、冷卻芯制備
12、將體積占比分別為20％、20％、30％、30％的ti粉、al粉、mg粉、zn粉在真空環(huán)境中機(jī)械混合，然后通過冷等靜壓成圓柱體形的冷卻芯，冷等靜壓壓力1000～1400mpa，保壓時(shí)間2-3h，冷卻芯的致密度約為80～90％，冷卻芯中分布著大顆粒的ti粉和al粉，并且發(fā)生了塑性變形，粉末粒度較小的mg粉和zn粉彌散分布在ti粉和al粉構(gòu)成的微觀組織中；
13、步驟三、冷卻芯干燥
14、將體積占比分別為50％、50％的ti粉和al粉混合后在烘干箱中進(jìn)行烘干，溫度100-200℃，時(shí)間3-5h，然后利用酒精噴槍，將干燥后的ti粉和al粉噴射在冷卻芯外面表，待噴射物布滿外表面時(shí)，將冷卻芯放入干燥箱中進(jìn)行烘干，溫度100-200℃，時(shí)間3-5h；
15、步驟四、制備高溫合金塊
16、用304不銹鋼管準(zhǔn)備一個(gè)圓柱形的包套，上、下封焊后，上方的鋼板正中央留有抽氣孔，在包套內(nèi)放置冷卻芯，冷卻芯位于包套幾何中心，包套的內(nèi)部尺寸比冷卻芯外部尺寸大30～50％，冷卻芯四周為鎳基粉末高溫合金，此時(shí)抽氣孔不封堵，獲得高溫合金塊；
17、步驟五、高溫合金塊固化
18、然后將高溫合金塊放入真空感應(yīng)加熱爐中加熱至900℃，保持0.5-1h，此時(shí)氣化的zn從抽氣孔中被抽出，待圓柱體冷卻后，封堵抽氣孔；
19、將高溫合金塊放入模具中與模具一同加熱至700℃時(shí)，保溫1h后，對(duì)高溫合金塊進(jìn)行鍛造壓制，壓力為1000-1200mpa，保壓10s；
20、繼續(xù)加熱，當(dāng)溫度達(dá)到1070℃時(shí)，保溫1h后，對(duì)高溫合金塊繼續(xù)進(jìn)行鍛造壓制，壓力為1300-1500mpa，保壓10s；
21、繼續(xù)加熱，當(dāng)溫度達(dá)到1200℃時(shí)，保溫1h后，對(duì)高溫合金塊繼續(xù)進(jìn)行鍛造壓制，壓力為1600-1800mpa，保壓10s；
22、停止加熱，自然冷卻后得到內(nèi)嵌冷卻液的高溫合金坯料。
23、本專利技術(shù)技術(shù)方案的特點(diǎn)及有益效果如下：
24、一、通過本專利技術(shù)方案，制備出了一種內(nèi)嵌冷卻液的高溫合金坯料，該坯料在室溫至700℃環(huán)境溫度工作時(shí)，通過內(nèi)部的mg顆粒/片層/條帶，可以加速導(dǎo)熱及散熱，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到800-900℃時(shí)，內(nèi)部的mg顆粒/片層/條帶發(fā)生軟化，流動(dòng)性增強(qiáng)，附著在ti和al熱爆反應(yīng)留下的網(wǎng)絡(luò)上，間接加速導(dǎo)熱及散熱；
25、二、在本專利技術(shù)方案中，高溫合金塊通過階梯升溫壓制的方式，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部導(dǎo)熱散熱載體結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，首先，700℃壓制，ti粉和al粉繼續(xù)發(fā)生塑性變形，填補(bǔ)了部分zn離開的孔洞，粉末高溫合金粉末顆粒同樣發(fā)生塑性變形，以及回復(fù)，其次，1070℃壓制，ti粉和al粉繼續(xù)發(fā)生塑性變形，mg粉呈軟化狀態(tài)，彌散分布在組織中，受重力作用，局部堆積在組織底部，粉末高溫合金粉末顆粒發(fā)生再結(jié)晶，孔洞閉合，致密性提高，1200℃壓制，ti粉和al粉發(fā)生熱爆反應(yīng)，組織架構(gòu)變得雜亂無章，mg粉呈軟化狀態(tài)，彌散分布在組織中，粉末高溫合金粉末顆粒完全再結(jié)晶，并且致密度達(dá)到100％；
26、三、在本專利技術(shù)方案中，通過冷卻芯的構(gòu)造以及粉末直接鍛造階梯升溫壓制，所獲得的內(nèi)嵌冷卻液的粉末高溫合金塊體毛坯使用溫度能提高至900℃，并且根據(jù)最終零件的結(jié)構(gòu)形狀，靈活調(diào)整粉末高溫合金塊體包套的結(jié)構(gòu)，在實(shí)際使用過程中，當(dāng)粉末高溫合金受到熱量輻射，進(jìn)而向內(nèi)部傳導(dǎo)，而此時(shí)內(nèi)部的ti和al構(gòu)件的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具備更高的導(dǎo)熱性和熱容量，從而使得粉末高溫合金表面熱量迅速傳輸?shù)絻?nèi)部，此時(shí)mg受到熱量的影響開始軟化，在此過程中，mg依靠良好的散熱性又將熱量傳輸?shù)絫i和al構(gòu)件的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和粉末高溫合金表面，與環(huán)境進(jìn)行熱傳導(dǎo)，從而構(gòu)成散熱循環(huán)；
27、四、在本專利技術(shù)方案中，冷卻芯中存在的zn粉，致使充當(dāng)了臨時(shí)結(jié)構(gòu)，在壓制前，通過氣化排出，這樣就可以為后續(xù)的壓制機(jī)熱爆反應(yīng)提供了緩沖空間；...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種內(nèi)嵌冷卻液的高溫合金坯料的制備方法，其特征在于：該制備方法是將一塊由Ti粉、Al粉、Mg粉和Zn粉構(gòu)成的冷卻芯通過包套結(jié)構(gòu)形成外圍是鎳基高溫合金粉末的圓柱體形的高溫合金塊，并開放包套的抽氣孔；然后將高溫合金塊放入真空感應(yīng)加熱爐中加熱至900℃，保持0.5-1h，此時(shí)氣化的Zn從抽氣孔中被抽出，待圓柱體冷卻后，封堵抽氣孔；將高溫合金塊放入模具中與模具一同加熱至700℃時(shí)，保溫1h后，對(duì)高溫合金塊進(jìn)行鍛造壓制，壓力為1000-1200MPa，保壓10s；繼續(xù)加熱，當(dāng)溫度達(dá)到1070℃時(shí)，保溫1h后，對(duì)高溫合金塊繼續(xù)進(jìn)行鍛造壓制，壓力為1300-1500MPa，保壓10s；繼續(xù)加熱，當(dāng)溫度達(dá)到1200℃時(shí)，保溫1h后，對(duì)高溫合金塊繼續(xù)進(jìn)行鍛造壓制，壓力為1600-1800MPa，保壓10s；停止加熱，自然冷卻后得到內(nèi)嵌冷卻液的高溫合金坯料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌冷卻液的高溫合金坯料的制備方法，其特征在于：所述Ti粉和Al粉的粉末粒度為-200～-300目，Mg粉和Zn粉的粉末粒度為-350目～-400目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌冷卻液的高溫
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌冷卻液的高溫合金坯料的制備方法，其特征在于：所述冷卻芯的制備過程是將Ti粉、Al粉、Mg粉和Zn粉在真空環(huán)境中機(jī)械混合，然后通過冷等靜壓成柱狀的冷卻芯，冷等靜壓壓力1000～1400MPa，保壓時(shí)間2-3h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的內(nèi)嵌冷卻液的高溫合金坯料的制備方法，其特征在于：所述冷卻芯的致密度為80～90％，冷卻芯中分布著大顆粒的Ti粉和Al粉，并且發(fā)生了塑性變形，粉末粒度較小的Mg粉和Zn粉彌散分布在Ti粉和Al粉構(gòu)成的微觀組織中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌冷卻液的高溫合金坯料的制備方法，其特征在于：該制備方法的步驟如下：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種內(nèi)嵌冷卻液的高溫合金坯料的制備方法，其特征在于：該制備方法是將一塊由ti粉、al粉、mg粉和zn粉構(gòu)成的冷卻芯通過包套結(jié)構(gòu)形成外圍是鎳基高溫合金粉末的圓柱體形的高溫合金塊，并開放包套的抽氣孔；然后將高溫合金塊放入真空感應(yīng)加熱爐中加熱至900℃，保持0.5-1h，此時(shí)氣化的zn從抽氣孔中被抽出，待圓柱體冷卻后，封堵抽氣孔；將高溫合金塊放入模具中與模具一同加熱至700℃時(shí)，保溫1h后，對(duì)高溫合金塊進(jìn)行鍛造壓制，壓力為1000-1200mpa，保壓10s；繼續(xù)加熱，當(dāng)溫度達(dá)到1070℃時(shí)，保溫1h后，對(duì)高溫合金塊繼續(xù)進(jìn)行鍛造壓制，壓力為1300-1500mpa，保壓10s；繼續(xù)加熱，當(dāng)溫度達(dá)到1200℃時(shí)，保溫1h后，對(duì)高溫合金塊繼續(xù)進(jìn)行鍛造壓制，壓力為1600-1800mpa，保壓10s；停止加熱，自然冷卻后得到內(nèi)嵌冷卻液的高溫合金坯料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌冷卻液的高溫合金坯料的制備方法，其特征在于：所述ti粉和al粉的粉...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蘭博，方爽，谷國(guó)君，馬星宇，張敏聰，姜濤，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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