一種鈦合金汽車連軸桿的粉末熱等靜壓成型方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鈦合金汽車連軸桿粉末熱等靜壓成型方法，屬于汽車粉末冶金零件制備【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法是將鈦合金球形粉裝入連軸桿模具中，將連軸桿模具封焊后對其進行等靜壓處理，然后去除連軸桿模具獲得鈦合金汽車連軸桿；其中：所述連軸桿模具包括異形包套，所述異形包套由上包套和下包套組成，上包套和下包套之間形成的空腔為所述鈦合金汽車連軸桿的形狀。采用該方法在熱等靜壓過程中材料的致密化和燒結(jié)同時實現(xiàn)，達到良好的冶金結(jié)合，并通過添加相應的補縮機構(gòu)，實現(xiàn)高性能無缺陷、高精度、低成本等要求。
【專利說明】一種鈦合金汽車連軸桿的粉末熱等靜壓成型方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車粉末冶金零件制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鈦合金汽車連軸桿的粉末熱等靜壓成型方法。

【背景技術(shù)】
[0002]用鍛造法生產(chǎn)鈦合金，其性能優(yōu)良，但工藝復雜、成材率低、產(chǎn)品成本高且難以獲得形狀復雜的產(chǎn)品；鑄造法雖可獲得結(jié)構(gòu)復雜的構(gòu)件，成本較低，但鑄造過程中的鑄造缺陷導致產(chǎn)品的性能不高，阻礙了鈦合金更為廣泛的應用。因此需要尋求流程簡單且成本較低的制備工藝，以期達到汽車等民用行業(yè)所能接受的材料性能及成本水平。粉末冶金是一種由粉末直接成形，生產(chǎn)復雜形狀零件的近凈成形技術(shù)，具有工藝流程短、材料利用率高、組織細小均勻、成分可控等優(yōu)點，是制備高性能、低成本鈦合金的理想工藝。粉末冶金(PM)技術(shù)是一種生產(chǎn)近成形零部件的高產(chǎn)量、低成本方法，這種方法基本上不需要進一步加工或精整，可以很好地控制尺寸，且零部件的穩(wěn)定性極好，而且均勻性和機械性能可以完全得到保證。世界粉末冶金零件的最大市場是汽車工業(yè)，汽車工業(yè)用粉末冶金零件一直是粉末冶金行業(yè)和汽車業(yè)所關(guān)心的。PM冶金汽車零件之所以起著重要的作用，主要是因為它不僅可以極大地降低成本，而且可直接制備其它方法不能生產(chǎn)的復雜形狀零件；另外，也與它在汽車中所處的部位有關(guān)。目前汽車粉末冶金零件大部分處于汽車的關(guān)鍵部位，例如日本汽車粉末冶金零件73%用于發(fā)動機和變速箱，其中連桿、閥座、閥、帶輪、同步器齒轂、同步環(huán)等都是復雜且要求高的關(guān)鍵零件。鈦進入汽車制造業(yè)，使之成為繼航空航天工業(yè)后又一個大的應用領(lǐng)域。汽車用鈦粉末冶金零件是一個很有前景的領(lǐng)域，但目前受成本等因素的制約，應用推廣進展緩慢。采用先進的粉末冶金技術(shù)制備鈦粉末冶金零件，不僅可以極大地降低成本，而且有助于鈦及其合金在汽車工業(yè)中的推廣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種鈦合金汽車連軸桿粉末熱等靜壓成型方法，采用該方法在熱等靜壓過程中材料的致密化和燒結(jié)同時實現(xiàn)，達到良好的冶金結(jié)合，并通過添加相應的補縮機構(gòu)，實現(xiàn)高性能無缺陷、高精度、低成本等要求。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0005]一種鈦合金汽車連軸桿粉末熱等靜壓成型方法，該方法是將鈦合金球形粉裝入連軸桿模具中，將連軸桿模具封焊后對其進行等靜壓處理，然后去除連軸桿模具獲得鈦合金汽車連軸桿；其中:所述連軸桿模具包括異形包套，所述異形包套由上包套和下包套組成，上包套和下包套之間形成的空腔為所述鈦合金汽車連軸桿的形狀，所述連軸桿模具還設有補縮冒口和除氣管；所述補縮冒口設于異形包套內(nèi)，補縮冒口內(nèi)填充粉末的重量為零件本身重量的5?20% ;所述異形包套壁厚為3?8mm(各處壁厚相等)。
[0006]該方法具體包括如下步驟:
[0007](I)原料粉選擇:選擇粒徑為5?250 μ m的鈦合金球形粉；
[0008](2)裝粉及封裝:在振動條件下將鈦合金球形粉裝入連軸桿模具中，振實密度為66-70% ;裝滿后經(jīng)真空加熱除氣后進行封焊，封焊后模具內(nèi)真空度小于5X 10_2Pa ；
[0009](3)熱等靜壓處理:將封焊好的連軸桿模具進行熱等靜壓處理，其中:處理溫度為850?1000°C，壓力為90?150MPa，保溫時間為0.5?4h ;
[0010](4)連軸桿毛坯及加工:經(jīng)步驟(3)熱等靜壓處理后，粗車去除異形包套，得到連軸桿毛坯件，然后采用強酸對連軸桿毛坯件進行化學洗加工，得到需要尺寸的鈦合金汽車連軸桿產(chǎn)品。
[0011]上述步驟(2)中，封焊連軸桿模具時可采用氬弧焊、電焊或氣焊方式。
[0012]所述連軸桿模具采用碳鋼或不銹鋼制成。
[0013]本發(fā)明有益效果如下:
[0014]1、由于粉末冶金裝填粉末的振實密度僅能達到理論密度的66?70%，其它超過30%的空間皆為孔隙，這些孔隙在隨后的熱等靜壓過程中能夠完全消除；因此本發(fā)明在熱等靜壓過程中材料的致密化和燒結(jié)同時實現(xiàn)，達到良好的冶金結(jié)合。
[0015]2、本發(fā)明所述的連軸桿模具對上下包套、粉末收縮補償機構(gòu)進行了合理設計及裝配，從而實現(xiàn)了異形復雜汽車連軸桿件的近凈成形，尺寸控制良好，實現(xiàn)了產(chǎn)品的低成本制造。由于粉末包套體內(nèi)部存在30%的空隙，熱等靜壓結(jié)束后粉末包套體的體積收縮大概為30%左右。這樣的體積收縮勢必會帶來工件的收縮變形，因此本發(fā)明根據(jù)工件特點添加相應的補縮機構(gòu)，補縮機構(gòu)設計和添加制造原則為:(I)變形程度不能大于零件本身；(2)補縮機構(gòu)填充粉末的重量應該在零件本身重量的5%?20%。
[0016]3、本發(fā)明與傳統(tǒng)的幾種制造方法不同，可以同時實現(xiàn)高性能無缺陷、高精度、低成本等要求，在制造用于關(guān)鍵件、重要件的鈦合金領(lǐng)域里有明顯的優(yōu)勢；粉末鈦合金熱等靜壓成型件內(nèi)部缺陷控制非常好、材料性能優(yōu)異，超過相應牌號的變形合金指標。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明所述連軸桿模具結(jié)構(gòu)示意圖；圖中:(a)為結(jié)構(gòu)示意圖；(b)為立體模型照片圖。
[0018]圖2為圖1中上包套與下包套相接處的剖視圖。
[0019]圖3為本發(fā)明熱等靜壓成型后粗車加工的連軸桿毛坯件。
[0020]圖中:1-上包套；2_下包套；3-除氣管；4-空腔；5_補縮冒口。

【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖及實施例詳述本發(fā)明。
[0022]如圖1-2所示，本發(fā)明熱等靜壓成型方法中所用連軸桿模具包括異形包套，所述異形包套由上包套I和下包套2組成，上包套I和下包套2之間形成用于填充鈦合金球形粉的空腔3，空腔3的形狀為所要制備的鈦合金汽車連軸桿的形狀。所述補縮冒口 5設于異形包套內(nèi)，在異形包套上還設有除氣管3，異形包套各處壁厚相等，其厚度規(guī)格為3?8_。粉末填充時，補縮冒口 5內(nèi)填充粉末的重量為零件本身重量的5?20%。
[0023]以下分別以TC4和TA12為原料，采用如圖1_2所示的連軸桿模具(異形包套模具)制造鈦合金汽車連軸桿。粉末鈦合金材料TC4和TA12的室溫典型性能見表I所示。
[0024]表I粉末冶金鈦合金典型性能
[0025]
試樣名稱Ob(MPa)oft2(MPa)δ5(%)ψ(%)
GB/T2965-1996
多895>825^lO多 25
(TC4鍛棒)
?0Β^61?544
粉末 TC4107598917.545
_ 1070987~ 16.5 —47
XL/BS5161-1995
彡980>900彡 105^25
(鍛棒 d20-5Qmm)
102597012 028
粉末 TA12103097315033
102897213 033
[0026]實施例1
[0027]制造一種TC4粉末冶金汽車連軸桿，采用如圖1所示的異形包套模具，具體制造步驟如下:
[0028](I)原料粉選擇:選用50?250 μ m粒徑范圍內(nèi)混合粒度的TC4鈦合金球形粉，其中平均粒徑為100 μ m左右。
[0029](2)粉末填充及封裝脫氣:在振動條件下將鈦合金粉裝入由上包套和內(nèi)包套形成的空腔中，裝填鈦合金粉，補縮冒口內(nèi)填充粉末的重量為連軸桿零件本身重量的15%，裝滿后，通過除氣管除氣，在真空條件下采用電焊封焊上除氣管，模具內(nèi)真空度小于5X 10_2Pa。
[0030](3)熱等靜壓:將上述封裝好的鈦合金合金粉的連軸桿包套模具進行熱等靜壓處理，TC4鈦合金粉熱等靜壓參數(shù):溫度在850°C，壓力在140MPa，保溫時間在4h。熱等靜壓過程使鈦合金粉末致密化，粉末鈦合金材料實現(xiàn)全致密，性能達到不低于鍛件的水平，缺陷控制良好，組織均勻，尺寸穩(wěn)定性好。
[0031](4)連軸桿件毛坯及加工:利用機械加工方法去除大部分上下包套，如圖2所示；利用40%?60%濃度的硫酸對鈦合金連軸桿表面殘留的包套材料進行腐蝕，由于連軸桿是由具有抗腐蝕性能的鈦合金材料制成，因此其不受強酸的影響。
[0032]實施例2
[0033]制造一種TA12粉末冶金汽車連軸桿，采用如圖1所示的異形包套模具，具體制造步驟如下:
[0034](I)原料粉選擇:選用60?250 μ m粒徑范圍內(nèi)混合粒度的TA12鈦合金球形粉，其中平均粒徑為130 μ m左右。
[0035](2)粉末填充及封裝脫氣:在振動條件下將鈦合金粉裝入由上包套和內(nèi)包套形成的空腔中，裝填鈦合金粉，補縮冒口內(nèi)填充粉末的重量為連軸桿零件本身重量的10 %，裝滿后，通過除氣管除氣，在真空條件下采用電焊封焊上除氣管真空度優(yōu)于5 X 10_2Pa。
[0036](3)熱等靜壓:將上述封裝好的鈦合金合金粉的連軸桿包套模具進行熱等靜壓處理，TC4鈦合金粉熱等靜壓參數(shù):溫度在930oC，壓力在90MPa，保溫時間在2h。熱等靜壓過程使鈦合金粉末致密化，粉末鈦合金材料實現(xiàn)全致密，性能達到不低于鍛件的水平，缺陷控制良好，組織均勻，尺寸穩(wěn)定性好。
[0037](4)連軸桿件毛坯及加工:利用機械加工方法去除大部分上下包套，如圖2所示；利用30%?50%濃度的硝酸對鈦合金連軸桿表面殘留的進行包套材料進行腐蝕，由于連軸桿是由具有抗腐蝕性能的鈦合金材料制成，因此其不受強酸的影響。
【權(quán)利要求】
1.一種鈦合金汽車連軸桿粉末熱等靜壓成型方法，其特征在于:該方法是將鈦合金球形粉裝入連軸桿模具中，將連軸桿模具封焊后對其進行等靜壓處理，然后去除連軸桿模具獲得鈦合金汽車連軸桿；其中:所述連軸桿模具包括異形包套，所述異形包套由上包套和下包套組成，上包套和下包套之間形成的空腔為所述鈦合金汽車連軸桿的形狀，所述連軸桿模具還設有補縮冒口和除氣管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末熱等靜壓成型方法，其特征在于:該方法具體包括如下步驟: (1)原料粉選擇:選擇粒徑為5?250μ m的鈦合金球形粉； (2)裝粉及封裝:在振動條件下將鈦合金球形粉裝入連軸桿模具中，振實密度為66-70% ;裝滿后經(jīng)真空加熱除氣后進行封焊，封焊后模具內(nèi)真空度小于5X10_2Pa ； (3)熱等靜壓處理:將封焊好的連軸桿模具進行熱等靜壓處理，其中:處理溫度為850?1000°C，壓力為90?150MPa，保溫時間為0.5?4h ; (4)連軸桿毛坯及加工:經(jīng)步驟(3)熱等靜壓處理后，粗車去除異形包套，得到連軸桿毛坯件，然后采用強酸對連軸桿毛坯件進行化學洗加工，得到需要尺寸的鈦合金汽車連軸桿產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的粉末熱等靜壓成型方法，其特征在于:步驟(2)中，封焊連軸桿模具時采用氬弧焊、電焊或氣焊方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末熱等靜壓成型方法，其特征在于:所述補縮冒口設于異形包套內(nèi)，補縮冒口內(nèi)填充粉末的重量為連軸桿零件本身重量的5?20%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末熱等靜壓成型方法，其特征在于:所述異形包套壁厚為3 ?8mm ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末熱等靜壓成型方法，其特征在于:所述連軸桿模具采用碳鋼或不銹鋼制成。
【文檔編號】B22F3/14GK104174848SQ201310199741
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月24日
【發(fā)明者】徐磊, 雷家峰, 劉羽寅, 楊銳 申請人:中國科學院金屬研究所