Hip容器的制造過程的制作方法
【專利說明】HIP容器的制造過程
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)在熱等靜壓制(HIP，hot isostatic pressing)制造過程中使用的容器(can)的方法，以及通過該方法生產(chǎn)的容器。
[0002]背景
[0003]金屬產(chǎn)品可以以幾種方式制成。一種方式是將鑄造塊、鍛造塊或鍛造金屬機械加工成所需的形狀。然而，這常常導(dǎo)致浪費。構(gòu)造部件的新型的但公知的方式是提供細粉末形式的金屬并使其在“容器”中成形，該“容器”近似于所需的最終形狀。盡管也可以使用其他材料，但容器通常由低碳鋼制成，使得它是可變形的。容器填充有粉末，該粉末然后通過振動盡可能多地沉降在容器中。最終，容器被抽真空并密封。然后，容器被放置在室中，該室被加壓和加熱，使得容器收縮并給粉末加壓。通過被稱為擴散接合的過程，粉末的顆粒粘接在一起，以形成具有所需最終產(chǎn)品的近似形狀的固體塊。然后該合成容器/塊通常被加工以使此時是產(chǎn)品上的外殼的容器移除，并且還使粉末塊的表面層移除以實現(xiàn)所需的尺寸和光潔度。
[0004]已知的容器是2mm至3mm之間厚的低碳鋼。容器正常在中間溫度(約300°C)排氣、密封、預(yù)熱且然后在壓力容器中經(jīng)受HIP。在粉末冶金(PM)高溫合金(superalloy)的情況下，典型的HIP條件是:1100°C和1260°C之間的溫度，以及10Mpa和200MPa之間的壓力，使用氬氣作為加壓介質(zhì)保持該壓力若干小時。在HIP過程期間，高溫合金粉末通過壓力輔助燒結(jié)被固化成全密度。通過粗加工和/或酸洗移除容器以展現(xiàn)近凈成形的部件。還可以通過設(shè)計具有獨立隔室的容器生產(chǎn)合成產(chǎn)品，該隔室用于不同的粉末或封裝伴有粉末的固體材料的部分。
[0005]容器的已知的制造方法是通過將低碳鋼條焊接在一起形成空心“模具”，在HIP過程開始之前粉末被包含在該空心“模具”中。以這種方式的制造由于在過程中的不一致引入了尺寸誤差。而且，它是一個耗時的過程，特別是如果多個部件待被制成，并且它不是可靠地可重復(fù)的。此外，焊縫，至少在容器內(nèi)部不能被控制。因此，在成品的尺寸上必須提供足夠的公差，以便在HIP過程已經(jīng)完成且容器加工去除之后，成品中的由容器的內(nèi)表面(在接縫處)上的非預(yù)期的翻邊引起的凹痕可被加工去掉。
[0006]除了通過將板焊接在一起用于HIP制造的容器的生產(chǎn)之外，US-A-4065303、US-A-4861546以及US-A-5000911公開了通過將金屬電鍍或以其他方式涂覆到毛坯部件的生產(chǎn)。然后移除毛坯以留下形成容器的涂層。
[0007]US-A-5770136、US-A-6355211 以及 US-A-6042780 還構(gòu)造了模具。模具通過圍繞毛坯模制粉末和粘結(jié)劑形成，并且最后用粉末填充模具。模制的粉末模具被插入用于HIP的容器(其被焊接)中。容器沒有參與最終產(chǎn)品的成形。
[0008]US-A-5000911 似乎公開了:
[0009]?制造待形成的部件的鋼坯；
[0010]籲由橡膠或可切割的材料在毛坯周圍創(chuàng)建模具；
[0011]?在模具中由蠟或類似物模制可固化的毛坯，并且剝離橡膠模具；
[0012]?用石墨粉末以及相同類型的水泥涂覆蠟毛坯；
[0013]籲熔化蠟；
[0014]?用金屬粉末填充石墨模具并執(zhí)行HIP，所生產(chǎn)的“容器”在HIP過程中被支撐在粉末中。
[0015]本發(fā)明的目的是減輕至少一些上述問題，并提供一種使用粉末冶金技術(shù)生產(chǎn)金屬部件的可重現(xiàn)且有效的方法。
[0016]公開內(nèi)容的簡要概述
[0017]本發(fā)明提供了一種由金屬粉末形成部件的方法，包括以下步驟:
[0018]a.使用失蠟鑄造法提供陶瓷模具；
[0019]b.在陶瓷模具中澆鑄液態(tài)金屬以形成容器；
[0020]c.在容器中形成孔；
[0021]d.穿過孔用金屬粉末填充容器；
[0022]e.使金屬粉末在容器中沉降，排出容器中的氣體并密封容器;以及
[0023]f.使容器和所包含的粉末經(jīng)歷熱等靜壓制環(huán)境以使金屬粉末結(jié)合成固體部件。
[0024]應(yīng)當理解的是，術(shù)語“失蠟鑄造法”被用于覆蓋模具制備的過程，其中固體模型涂覆有陶瓷，并且隨后模型通過熔化(例如在蠟的情況中)、燃燒、加熱或溶解被去除。例如，可以使用高密度聚苯乙烯泡沫，該高密度聚苯乙烯泡沫加熱時燃燒并且氣化。然而，如本文所使用的，術(shù)語“失蠟鑄造法”(除非上下文另有規(guī)定)被用來涵蓋像這樣可能根本不涉及蠟的類似的過程。
[0025]部件精加工步驟可被實施，該步驟包括從成形的部件機械加工容器并且完成任何最終的尺寸修正。
[0026]陶瓷模具可以通過以下制成:
[0027]a.由第一陶瓷材料形成部件的陶瓷毛坯；
[0028]b.用犧牲層涂覆毛坯，該犧牲層的厚度等于待形成的容器的所需厚度；
[0029]c.為犧牲層提供犧牲桿；
[0030]d.用第二陶瓷材料的陶瓷層涂覆毛坯和犧牲層，留下突出穿過陶瓷層的犧牲桿；
[0031]e.固化陶瓷層；以及
[0032]f.處理模具以除去犧牲層和犧牲桿。
[0033]模具的犧牲部件(S卩，犧牲層和犧牲桿)可以是蠟或蠟類材料，或諸如聚苯乙烯的材料，并且處理步驟可以通過加熱進行，該加熱熔化和/或氣化犧牲部件。
[0034]在陶瓷模具中澆鑄液態(tài)金屬的步驟可同時去除犧牲層和/或犧牲桿。
[0035]以這種方式，容器可被制造而不需要任何焊接。
[0036]在優(yōu)選的實施方案中，若干孔形成在容器中。
[0037]在替代實施方案中，只有一個孔形成在容器中。
[0038]在優(yōu)選的實施方案中，在鑄造期間通過在芯上提供孔形成突點(hole-formingpip)，形成容器中的孔或多個孔。在蠟已被去除之后，所述孔形成突點然后支撐在殼內(nèi)的陶瓷芯。
[0039]在替代實施方案中，陶瓷模具可以通過以下制成:
[0040]a.由第一材料形成部件的毛坯，毛坯包括從待形成部件的形狀延伸的桿；
[0041 ] b.提供以至少兩個部分的殼模具；
[0042]c.通過將桿在模具部分之間夾緊，使毛坯安裝在模具中；
[0043]d.在模具中模制犧牲層，該犧牲層的形狀等于待形成的容器的形狀；
[0044]e.用陶瓷材料的陶瓷層涂覆犧牲層，留下突出穿過陶瓷層的桿；以及
[0045]f.固化陶瓷層。
[0046]最后的步驟可包括:
[0047]g.處理由所述陶瓷層的固化形成的陶瓷模具以去除犧牲層和犧牲桿。
[0048]可替代地，毛坯可形成為能夠包括陶瓷模具的部分的固體陶瓷部件，容器在該陶瓷模具中被鑄造。
[0049]殼模具可以由鋁或類似材料塊機械加工而成。
[0050]在待形成的部件包括管形狀的情況下，通過提供模芯以及在芯和毛坯被一起安裝在模具中之前將模芯布置在毛坯內(nèi)，可補充提供以至少兩個部分的殼模具的步驟，芯也被夾緊在模具部分之間。芯也可以是鋁或類似材料。
[0051]桿可以包括圓柱形表面，該圓柱形表面當被夾緊在模具部分之間時，將毛坯懸置在模具部分內(nèi)，以在毛坯和模具之間界定至少一個杯形空間，該空間的形狀對應(yīng)于待形成容器的形狀。
[0052]在待形成的部件包括管形狀的情況下，桿可以是環(huán)狀的并緊密滑動配合在所述模芯上，因此在芯和模具部分之間圍繞毛坯所界定的空間基本上在截面上是兩個平行的U形，即具有底部內(nèi)旋以形成杯側(cè)的基本上平行的內(nèi)表面的杯。
[0053]在另一優(yōu)選的實施方案中，在孔或多個孔周圍導(dǎo)管被焊接至容器以促進用粉末填充容器以及容器的后續(xù)氣體排出。在該實施方案中，焊縫優(yōu)選不穿透到容器的內(nèi)部。由于焊縫不在容器的熱等靜壓制期間接觸粉末的表面之間，因而應(yīng)該有這樣的滲透不是絕對必要的。但是，如果焊縫確實穿透容器的內(nèi)部，那么孔優(yōu)選形成在容器內(nèi)容器的增補部上，該增補部被提供以在待形成的部件上提供凸緣，該凸緣容納焊縫的任何翻邊并且在部件精加工步驟中從部件機械加工。
[0054]使用這種新工藝可以允許在容器連同部件中制成可變的壁厚。例如在HIP過程期間，在部件受到很大的力的位置處，部件仍可以具有薄的壁厚并且防止部件的特定區(qū)域的變形所需要的額外的支撐