基于粉末的近净成形金属零件的无裂纹制造制造技术

本发明专利技术涉及基于粉末的近净成形金属零件的无裂纹制造。使用模具组件(26)和冷等静压挤压来制造无裂纹基于粉末的近净成形零件(20)。软的材料(40，42)被引入到模具部件(35)的两侧上，以便平衡施加至所述模具部件(35)的压缩负载，从而避免所述模具部件(35)的变形。

【技术实现步骤摘要】

本公开总体涉及粉末冶金，更具体地涉及一种用于制造无裂纹直接固结的基于粉末的金属零件的方法和模具。
技术介绍
粉末金属技术有时用于生产近净成形(NNS)金属零件，避免了对诸如机加工的金属去除过程的需要，从而能够降低成本。混合的精细粉末材料(诸如钛合金)被压制成被称为压制件的零件的形状。然后，在受控的气氛下烧结压制件，以将粉末材料结合为成品零件。在被称为冷等静压压制(CIP)的一种压制过程中，用金属粉末填充柔性模具并将柔性模具放置在压力机中，在此将柔性模具浸没于诸如液体的工作介质内。压力机压缩液体，造成压制压力被均匀地施加在模具的表面周围。模具略微弯曲，将压制压力传送给粉末以压缩并形成压制件。然后，压制件从模具中去除并转移至烧结炉，在烧结炉中，升高的温度将金属粉末颗粒结合成固体零件。在模具包括用于形成零件的特征部或细节的内部模具部件的情况下，可能会遇到问题。例如，在不对称成形或布置内部模具部件的情况下，施加的压制压力可能将不平衡负载强加在模具部件上，这造成模具部件弯曲或变形。当完成压制周期并撤回压制压力时，变形的模具部件回弹至其原始形状。特别是在表面附近，模具部件的这种回弹可在粉末压制件内产生局部双轴张力。在这一阶段的处理中，因为压制件中的粉末颗粒尚未以冶金方式结合在一起，所以压制件相对脆弱并具有最小的破裂韧性。因此，在某些情况下，因内部模具部件的回弹产生的张力可能造成压制件的非期望变形，和/或造成压制件的局部开裂。因此，特别是在模具包括承受不平衡负载的模具部件的情况下，需要有用于制出无裂纹的NNS粉末金属零件的方法和模具。
技术实现思路
公开的实施方式使用冷等静压挤压直接固结且随后真空烧结成固体零件而实现金属粉末NNS零件的无裂纹制造。基本消除了造成粉末压制件中的残余张应力的内部模具部件的回弹。双轴张应力的降低或消除得以降低或消除粉末压制件开裂的可能性。通过将金属粉末引入到内部模具部件的两侧上以使金属粉末成形并与压制力反作用而实现更小的张应力。根据一个公开的实施方式，提供了一种制造近净成形金属零件的方法。所述方法包括以下步骤：将至少一个模具部件放置在柔性容器内，所述模具部件具有对置的两侧和从中延伸穿过的平面。所述方法进一步包括以下步骤：用金属粉末填充所述柔性容器，该步骤包括：将所述金属粉末放置在所述对置的两侧上；以及将所述金属粉末压制成粉末压制件，该步骤包括：压缩所述柔性容器。所述方法还包括以下步骤：从所述柔性容器去除所述粉末压制件；以及将所述粉末压制件烧结成固体零件。所述模具部件可以是金属板，并且用金属粉末填充所述柔性容器的步骤可包括：将一层金属粉末引入到所述柔性容器的下侧内部区域中，并且将至少一个模具部件放置在柔性容器内的步骤包括：将所述金属板放置在所述一层金属粉末上。用金属粉末填充所述柔性容器的步骤包括：将一层金属粉末引入到所述柔性容器的覆盖所述金属板的上侧内部区域中。所述金属粉末可以是氢化物-脱氢化物混合元素粉末钛合金组合物(a hydride-dehydride blended-elemental powder titanium alloy composition)。将所述金属粉末压制成粉末压制件的步骤是使用冷等静压挤压来执行的。根据另一公开的实施方式，提供了一种生产无裂纹的金属粉末压制件的方法，所述方法包括以下步骤：用金属粉末填充柔性容器；以及将至少一个模具部件放置在所述柔性容器中，该步骤包括：以在负载下基本防止所述模具部件弯曲的方式将所述模具部件布置在所述金属粉末内。所述方法进一步包括以下步骤：通过使所述柔性容器承受静水压力而将所述金属粉末压制成期望的粉末压制件。将所述模具部件布置在所述金属粉末内的步骤包括：将所述金属粉末引入到所述模具部件的对置的两侧上。将所述模具部件布置在所述金属粉末内的步骤可包括：将所述模具部件放置在两层金属粉末之间。将所述金属粉末压制成期望的粉末压制件的步骤可通过冷等静压挤压来执行。布置所述模具部件的步骤可包括：将所述模具部件对称地定位在所述容器内。根据另一公开的实施方式，提供了一种生产无裂纹的金属粉末压制件的方法，所述方法包括以下步骤：制造至少一个相对刚性的模具部件；以及将所述模具部件放置
在柔性容器中。所述方法还包括以下步骤：将一层金属粉末引入到所述柔性容器中，覆盖所述模具部件；以及将一层相对软的材料引入到所述柔性容器的下方，以平衡压制期间所述模具部件的负载。所述方法进一步包括以下步骤：通过使所述柔性容器承受静水压力而将金属粉末压制成粉末压制件。引入所述一层相对软的材料的步骤可通过将金属粉末引入到所述柔性容器中来执行。制造所述模具部件的步骤可包括生产一组对称镜像的模具特征部，并且压制所述金属粉末的步骤可通过冷等静压挤压来执行。根据又一公开的实施方式，提供了一种用于制造基于粉末的金属零件的模具组件。所述模具组件包括：容器，所述容器具有构造成待被静水压力压缩的柔性壁；以及至少一个相对刚性的模具部件，所述模具部件位于所述容器内，用于形成所述零件的特征部，所述模具部件具有整体对称平面以及对置的第一侧和第二侧。所述模具组件进一步包括：一层金属粉末，所述一层金属粉末位于所述模具部件的第一侧上；以及一层相对软的材料，所述一层相对软的材料位于所述模具部件的第二侧上，以平衡因所述静水压力压缩所述容器产生的施加至所述模具部件的负载。所述相对软的材料可以是金属粉末，并且所述金属粉末和所述相对软的材料均可以是钛粉末和合金元素粉末。所述模具部件包括第一组元件以及第二组元件，所述第一组元件位于所述模具部件的所述第一侧上以形成第一零件的特征部，所述第二组元件位于所述模具部件的所述第二侧上以形成第二零件的特征部。所述第一组元件是所述第二组元件的镜像。所述第一组元件和第二组元件关于所述整体对称平面是对称的。所述特征、功能和优点可以在本公开的各种实施方式中独立地实现，或者可在其它实施方式中组合，其中可以参考以下描述和附图看到更多的细节。附图说明认为是说明性实施方式的特点的新颖特征在所附权利要求书中加以阐述。然而，当结合附图阅读时，参考本公开的说明性实施方式的以下详细描述将会最好地理解所述说明性实施方式以及最佳使用模式、其进一步的目的及特征，其中：图1是金属零件的立体图的图示，还示出了该零件的整体对称平面。图2是用于模制图1所示的金属零件的模具组件的分解立体图的图示。图3是类似于图2的图示，但示出了完全组装好的模具组件。图4是形成图2和图3所示模具组件的部件之一的钢板的侧视图的图示。图5是用于制造基于粉末的无裂纹零件的模具组件的一个实施方式的横截面图的图示。图6是类似于图5的图示，但示出了承受等静压压力的柔性容器的变形。图7是用于制造无裂纹金属零件的模具组件的另一实施方式的平面图的图示。图8是沿着图7中的线8-8截取的截面图的图示。图9是制造直接固结的金属粉末零件的方法的流程图的图示。图10是飞行器生产和保养方法的流程图的图示。图11是飞行器的框图的图示。具体实施方式公开的实施方式提供了用于制造无裂纹直接固结的基于粉末的近净成形(NNS)金属零件的方法和模具组件。例如，参照图1，可采用公开的实施方式来制造可具有诸如凹部22的一个或多个细节或特征部的大致矩形的金属零件20。零件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造近净成形金属零件(20)的方法，所述方法包括以下步骤：将至少一个模具部件(35)放置在柔性容器(45)内，所述模具部件(35)具有整体对称平面(24)以及对置的两侧；用金属粉末(40，42)填充所述柔性容器(45)，该步骤包括：将所述金属粉末(40，42)放置在所述对置的两侧上；将所述金属粉末(40，42)压制成粉末压制件(75)，该步骤包括：压缩所述柔性容器(45)；从所述柔性容器(45)去除所述粉末压制件(75)；以及将所述粉末压制件(75)烧结成固体零件(20)。

【技术特征摘要】
2015.03.04 US 14/637,6411.一种制造近净成形金属零件(20)的方法，所述方法包括以下步骤：将至少一个模具部件(35)放置在柔性容器(45)内，所述模具部件(35)具有整体对称平面(24)以及对置的两侧；用金属粉末(40，42)填充所述柔性容器(45)，该步骤包括：将所述金属粉末(40，42)放置在所述对置的两侧上；将所述金属粉末(40，42)压制成粉末压制件(75)，该步骤包括：压缩所述柔性容器(45)；从所述柔性容器(45)去除所述粉末压制件(75)；以及将所述粉末压制件(75)烧结成固体零件(20)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模具部件(35)是金属板(36)，并且其中：用金属粉末(40，42)填充所述柔性容器(45)的步骤包括：将一层金属粉末(40，42)引入到所述柔性容器(45)的下侧内部区域(55)中，并且将至少一个模具部件(35)放置在柔性容器(45)内的步骤包括：将所述金属板(36)放置在所述一层金属粉末(40，42)上。3.根据权利要求2所述的方法，其中，用金属粉末(40，42)填充所述柔性容器(45)的步骤包括：将一层金属粉末(40，42)引入到所述柔性容器(45)的覆盖所述金属板(36)的上侧内部区域(65)中。4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述金属粉末(40，42)是氢化物-脱氢化物混合元素粉末钛合金组合物。5.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，将所述金属粉末(40，42)压制成粉末压制件(75)的步骤是使用冷等静压挤压来执行的。6.一种用于制造基于粉末的金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·M·埃尔索达尼，D·G·桑德斯，谷岛真一，
申请(专利权)人：波音公司，富士重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：美国;US