一种包套及其制造方法与流程

1.本发明属于钛合金异形件制造技术领域，涉及一种包套及其制造方法。


背景技术：

2.包套容器是一种密闭容器，用来放置制品，焊接后需将包套抽真空至一定真空度才能进行热等静压，如生产过程中漏气会导致包套鼓包膨胀。热等静压是将制品放置到密闭的容器中，向制品施加各向同等的压力，同时施以高温，在高温高压的作用下，制品得以烧结和致密化。产品的热等静压一般需要置于包套中进行。
3.目前钛合金产品通常使用的包套是低碳钢包套，低碳钢会与钛合金发生界面反应，且温度越高反应越剧烈，通常会产生凹陷式收缩，烧结形成的钛合金表面不平整，且界面性能会受到影响，因此，亟需设计开发一种包套及其制造方法，克服现有技术缺陷的同时，满足工业化生产的需求。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种包套及其制造方法，在本发明中提供的包套通过采用钛板制作，避免了使用低碳钢或不锈钢包套造成的包套凹陷式收缩，均匀了包套和内部粉末的收缩程度，使得包套会整体收缩，有效提升产品致密度，且由包套形成的钛合金异形件内部组织更均匀，针对钛粉材料的利用效率得到极大提高。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
6.第一方面，本发明提供了一种包套的制造方法，所述制造方法包括：
7.(1)利用计算机模拟确定包套的尺寸后，将钛板依次进行冲压、折弯和焊接，得到初模型包套；
8.(2)对步骤(1)中所述的初模型包套进行装扮封焊和脱气工艺，得到处理包套；
9.(3)对步骤(2)中所述的处理包套进行热等静压处理得到包套。
10.在本发明中提供的包套通过采用钛板制作，避免了使用低碳钢或不锈钢包套造成的包套凹陷式收缩，均匀了包套和内部粉末的收缩程度，使得包套会整体收缩，有效提升产品致密度，且由包套形成的钛合金异形件内部组织更均匀，针对钛粉材料的利用效率得到极大提高。
11.作为本发明一种优选的技术方案，步骤(3)中，所述包套经机加工处理得到钛合金异形件。
12.作为本发明一种优选的技术方案，所述钛板为ta2纯钛板。
13.本发明限定了所述钛板为ta2纯钛板，是因为此材质配合本发明的具体制作方法，才可以使得包套会整体收缩，有效提升产品致密度，且由包套形成的钛合金异形件内部组织更均匀，针对钛粉材料的利用效率得到极大提高。
14.作为本发明一种优选的技术方案，所述冲压的压力为0.5～1.5t，例如可以是0.5t、0.6t、0.7t、0.8t、0.9t、1t、1.1t、1.2t、1.3t、1.4t、1.5t，但并不仅限于所列举的数
值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
15.优选地，所述焊接的温度为110～130℃，例如可以是110℃、112℃、114℃、116℃、118℃、120℃、122℃、124℃、126℃、128℃、130℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
16.作为本发明一种优选的技术方案，所述的初模型包套的顶部预留有装扮口，所述的初模型包套进行装扮封焊具体包括：
17.从初模型包套的装粉口进行装粉，每装粉固定质量的粉末，便振粉一次，重复操作，直至初模型包套内的粉末高度距离装扮口一定距离后，对装扮口进行封装的同时，焊接脱气管。
18.作为本发明一种优选的技术方案，所述每装粉固定质量的粉末为5～6kg，例如可以是5kg、5.1kg、5.2kg、5.3kg、5.4kg、5.5kg、5.6kg、5.7kg、5.8kg、5.9kg、6kg，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
19.优选地，所述一定距离为1～2mm，例如可以是1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
20.优选地，所述对装扮口进行封装采用垫片、石墨纸和钛网进行覆盖后封焊。
21.优选地，所述脱气管采用纯钛管。
22.本发明限定了所述脱气管采用纯钛管，是因为要和包套材质相同，从而确保包套与脱气管焊接牢固。
23.作为本发明一种优选的技术方案，所述脱气工艺具体包括：
24.对所述的初模型包套装扮封焊后的产品进行脱气，脱气条件为所述产品依次经常温下脱气、加热保温、再加热、冷却和闭气的操作，得到处理包套。
25.作为本发明一种优选的技术方案，所述常温下脱气的温度为25～35℃，例如可以是25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
26.优选地，所述常温下脱气后的产品的真空度≤8
×
10-3
pa，例如可以是8
×
10-3
pa、7
×
10-3
pa、6
×
10-3
pa、5
×
10-3
pa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
27.优选地，所述加热保温过程的终温为100～110℃，例如可以是100℃、101℃、102℃、103℃、104℃、105℃、106℃、107℃、108℃、109℃、110℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
28.优选地，所述加热保温过程的保温时间为2～2.5h，例如可以是2h、2.1h、2.2h、2.3h、2.4h、2.5h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
29.作为本发明一种优选的技术方案，所述再加热过程的终温为550～560℃，例如可以是550℃、551℃、552℃、553℃、554℃、555℃、556℃、557℃、558℃、559℃、560℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
30.优选地，所述再加热过程后的产品的真空度≤3
×
10-3
pa，例如可以是3
×
10-3
pa、2.9
×
10-3
pa、2
×
10-3
pa、1
×
10-3
pa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
31.优选地，所述再加热过程的升温速率为5～6℃/min，例如可以是5℃/min、5.1℃/min、5.2℃/min、5.3℃/min、5.4℃/min、5.5℃/min、5.6℃/min、5.7℃/min、5.8℃/min、5.9℃/min、6℃/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
32.本发明中限定了脱气工艺以及其中的具体操作参数，是因为确保包套真空度要求及产品氧元素含量，若不是本发明的具体限定脱气工艺，会导致包套内真空度难以达到要求及产品氧元素含量升高。
33.作为本发明一种优选的技术方案，所述热等静压处理的温度为1100～1400℃，例如可以是1100℃、1120℃、1150℃、1180℃、1200℃、1250℃、1300℃、1330℃、1350℃、1380℃、1400℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
34.优选地，所述热等静压处理的升温速率为3～5℃/min，例如可以是3℃/min、3.2℃/min、3.4℃/min、3.6℃/min、3.8℃/min、4℃/min、4.2℃/min、4.4℃/min、4.6℃/min、4.8℃/min、5℃/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
35.优选地，所述热等静压处理的保温保压时间为2～3h，例如可以是2h、2.1h、2.2h、2.3h、2.4h、2.5h、2.6h、2.7h、2.8h、2.9h、3h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
36.本发明中限定了热等静压处理以及其中的具体操作参数，是因为需要确保钛合金的晶粒尺寸，若不是本发明的具体限定热等静压处理，会导致钛合金晶粒大小异常。
37.需要说明的是，本发明中所述的制造方法制备的包套，所述包套用于钛合金靶材和钛合金粉末的热等静压过程，从而形成钛合金异形件的领域。
38.本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
39.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
40.在本发明中提供的包套通过采用钛板制作，避免了使用低碳钢或不锈钢包套造成的包套凹陷式收缩，均匀了包套和内部粉末的收缩程度，使得包套会整体收缩，有效提升产品致密度，且由包套形成的钛合金异形件内部组织更均匀，针对钛粉材料的利用效率得到极大提高。
具体实施方式
41.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
42.在一个具体实施方式中，本发明提供了一种包套的制造方法，所述制造方法包括：
43.(1)利用计算机模拟确定包套的尺寸后，将钛板依次进行冲压、折弯和焊接，得到初模型包套；
44.(2)对步骤(1)中所述的初模型包套进行装扮封焊和脱气工艺，得到处理包套；
45.(3)对步骤(2)中所述的处理包套进行热等静压处理得到包套。
46.在本发明中提供的包套通过采用钛板制作，避免了使用低碳钢或不锈钢包套造成的包套凹陷式收缩，均匀了包套和内部粉末的收缩程度，使得包套会整体收缩，有效提升产品致密度，且由包套形成的钛合金异形件内部组织更均匀，针对钛粉材料的利用效率得到
极大提高。
47.进一步地，步骤(3)中，包套经机加工处理得到钛合金异形件。
48.进一步地，钛板为ta2纯钛板。本发明限定了所述钛板为ta2纯钛板，是因为此材质配合本发明的具体制作方法，才可以使得包套会整体收缩，有效提升产品致密度，且由包套形成的钛合金异形件内部组织更均匀，针对钛粉材料的利用效率得到极大提高。
49.进一步地，冲压的压力为0.5～1.5t，焊接的温度为110～130℃。
50.初模型包套的顶部预留有装扮口，初模型包套进行装扮封焊具体包括：
51.从初模型包套的装粉口进行装粉，每装粉固定质量的粉末，便振粉一次，重复操作，直至初模型包套内的粉末高度距离装扮口一定距离后，对装扮口进行封装，且焊接脱气管。
52.每装粉固定质量的粉末为5～6kg，例如可以是5kg、5.1kg、5.2kg、5.3kg、5.4kg、5.5kg、5.6kg、5.7kg、5.8kg、5.9kg、6kg，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
53.一定距离为1～2mm，例如可以是1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
54.对装扮口进行封装采用垫片、石墨纸和钛网进行覆盖后封焊，脱气管采用纯钛管。本发明限定了所述脱气管采用纯钛管，是因为要和包套材质相同，从而确保包套与脱气管焊接牢固。
55.脱气工艺具体包括：
56.对所述的初模型包套装扮封焊后的产品进行脱气，脱气条件为所述产品依次经常温下脱气、加热保温、再加热、冷却和闭气的操作，得到处理包套。常温下脱气的温度为25～35℃，例如可以是25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。常温下脱气后的产品的真空度≤8
×
10-3
pa，例如可以是8
×
10-3
pa、7
×
10-3
pa、6
×
10-3
pa、5
×
10-3
pa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
57.加热保温过程的终温为100～110℃，例如可以是100℃、101℃、102℃、103℃、104℃、105℃、106℃、107℃、108℃、109℃、110℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。加热保温过程的保温时间为2～2.5h，例如可以是2h、2.1h、2.2h、2.3h、2.4h、2.5h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
58.再加热过程的终温为550～560℃，例如可以是550℃、551℃、552℃、553℃、554℃、555℃、556℃、557℃、558℃、559℃、560℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。再加热过程后的产品的真空度≤3
×
10-3
pa，例如可以是3
×
10-3
pa、2.9
×
10-3
pa、2
×
10-3
pa、1
×
10-3
pa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。再加热过程的升温速率为5～6℃/min，例如可以是5℃/min、5.1℃/min、5.2℃/min、5.3℃/min、5.4℃/min、5.5℃/min、5.6℃/min、5.7℃/min、5.8℃/min、5.9℃/min、6℃/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
59.热等静压处理的温度为1100～1400℃，例如可以是1100℃、1120℃、1150℃、1180
℃、1200℃、1250℃、1300℃、1330℃、1350℃、1380℃、1400℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。热等静压处理的升温速率为3～5℃/min，例如可以是3℃/min、3.2℃/min、3.4℃/min、3.6℃/min、3.8℃/min、4℃/min、4.2℃/min、4.4℃/min、4.6℃/min、4.8℃/min、5℃/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。热等静压处理的保温保压时间为2～3h，例如可以是2h、2.1h、2.2h、2.3h、2.4h、2.5h、2.6h、2.7h、2.8h、2.9h、3h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
60.实施例1
61.本实施例提供了一种包套的制造方法，具体包括：
62.(1)利用计算机模拟确定包套的尺寸后，将钛板依次进行冲压、折弯和焊接，得到初模型包套；
63.(2)对步骤(1)中所述的初模型包套进行装扮封焊和脱气工艺，得到处理包套；
64.(3)对步骤(2)中所述的处理包套进行热等静压处理得到包套。
65.进一步地，步骤(3)中，包套经机加工处理得到钛合金异形件。
66.进一步地，钛板为ta2纯钛板，冲压的压力为0.5t，焊接的温度为110℃。
67.初模型包套的顶部预留有装扮口，初模型包套进行装扮封焊具体包括：
68.从初模型包套的装粉口进行装粉，每装粉固定质量的粉末，便振粉一次，重复操作，直至初模型包套内的粉末高度距离装扮口一定距离后，对装扮口进行封装的同时，焊接脱气管。每装粉固定质量的粉末为5kg，一定距离为1mm，对装扮口进行封装采用垫片、石墨纸和钛网进行覆盖后封焊，脱气管采用纯钛管。
69.脱气工艺具体包括：对初模型包套装扮封焊后的产品进行脱气，脱气条件为所述产品依次经常温下脱气、加热保温、再加热、冷却和闭气的操作，得到处理包套。常温下脱气的温度为25℃，常温下脱气后的产品的真空度为8
×
10-3
pa，加热保温过程的终温为110℃，加热保温过程的保温时间为2h，再加热过程的终温为550℃，再加热过程后的产品的真空度为3
×
10-3
pa，再加热过程的升温速率为5℃/min。
70.热等静压处理的温度为1100℃，热等静压处理的升温速率为3℃/min，热等静压处理的保温保压时间为2h。
71.实施例2
72.本实施例提供了一种包套的制造方法，具体包括：
73.(1)利用计算机模拟确定包套的尺寸后，将钛板依次进行冲压、折弯和焊接，得到初模型包套；
74.(2)对步骤(1)中所述的初模型包套进行装扮封焊和脱气工艺，得到处理包套；
75.(3)对步骤(2)中所述的处理包套进行热等静压处理得到包套。
76.进一步地，步骤(3)中，包套经机加工处理得到钛合金异形件。
77.进一步地，钛板为ta2纯钛板，冲压的压力为1t，焊接的温度为120℃。
78.初模型包套的顶部预留有装扮口，初模型包套进行装扮封焊具体包括：
79.从初模型包套的装粉口进行装粉，每装粉固定质量的粉末，便振粉一次，重复操作，直至初模型包套内的粉末高度距离装扮口一定距离后，对装扮口进行封装的同时，焊接脱气管。每装粉固定质量的粉末为5.5kg，一定距离为1.5mm，对装扮口进行封装采用垫片、
石墨纸和钛网进行覆盖后封焊，脱气管采用纯钛管。
80.脱气工艺具体包括：对初模型包套装扮封焊后的产品进行脱气，脱气条件为所述产品依次经常温下脱气、加热保温、再加热、冷却和闭气的操作，得到处理包套。常温下脱气的温度为30℃，常温下脱气后的产品的真空度为6
×
10-3
pa，加热保温过程的终温为105℃，加热保温过程的保温时间为2.2h，再加热过程的终温为555℃，再加热过程后的产品的真空度为2
×
10-3
pa，再加热过程的升温速率为5.5℃/min。
81.热等静压处理的温度为1250℃，热等静压处理的升温速率为4℃/min，热等静压处理的保温保压时间为2.5h。
82.实施例3
83.本实施例提供了一种包套的制造方法，具体包括：
84.(1)利用计算机模拟确定包套的尺寸后，将钛板依次进行冲压、折弯和焊接，得到初模型包套；
85.(2)对步骤(1)中所述的初模型包套进行装扮封焊和脱气工艺，得到处理包套；
86.(3)对步骤(2)中所述的处理包套进行热等静压处理得到包套。
87.进一步地，步骤(3)中，包套经机加工处理得到钛合金异形件。
88.进一步地，钛板为ta2纯钛板，冲压的压力为1.5t，焊接的温度为130℃。
89.初模型包套的顶部预留有装扮口，初模型包套进行装扮封焊具体包括：
90.从初模型包套的装粉口进行装粉，每装粉固定质量的粉末，便振粉一次，重复操作，直至初模型包套内的粉末高度距离装扮口一定距离后，对装扮口进行封装的同时，焊接脱气管。每装粉固定质量的粉末为6kg，一定距离为2mm，对装扮口进行封装采用垫片、石墨纸和钛网进行覆盖后封焊，脱气管采用纯钛管。
91.脱气工艺具体包括：对初模型包套装扮封焊后的产品进行脱气，脱气条件为所述产品依次经常温下脱气、加热保温、再加热、冷却和闭气的操作，得到处理包套。常温下脱气的温度为35℃，常温下脱气后的产品的真空度为4
×
10-3
pa，加热保温过程的终温为100℃，加热保温过程的保温时间为2.5h，再加热过程的终温为560℃，再加热过程后的产品的真空度为2
×
10-3
pa，再加热过程的升温速率为6℃/min。
92.热等静压处理的温度为1400℃，热等静压处理的升温速率为5℃/min，热等静压处理的保温保压时间为3h。
93.实施例4
94.本实施例提供了一种包套的制作方法，其中和实施例1不同的是，加热保温过程的终温为95℃，其他参数和方法均和实施例1相同。
95.实施例5
96.本实施例提供了一种包套的制作方法，其中和实施例1不同的是，加热保温过程的终温为115℃，其他参数和方法均和实施例1相同。
97.实施例6
98.本实施例提供了一种包套的制作方法，其中和实施例1不同的是，加热保温过程的保温时间为1.8h，其他参数和方法均和实施例1相同。
99.实施例7
100.本实施例提供了一种包套的制作方法，其中和实施例1不同的是，加热保温过程的
保温时间为2.6h，其他参数和方法均和实施例1相同。
101.实施例8
102.本实施例提供了一种包套的制作方法，其中和实施例1不同的是，热等静压处理的温度为1000℃，其他参数和方法均和实施例1相同。
103.实施例9
104.本实施例提供了一种包套的制作方法，其中和实施例1不同的是，热等静压处理的温度为1450℃，其他参数和方法均和实施例1相同。
105.实施例10
106.本实施例提供了一种包套的制作方法，其中和实施例1不同的是，热等静压处理的保温保压时间为1.8h，其他参数和方法均和实施例1相同。
107.实施例11
108.本实施例提供了一种包套的制作方法，其中和实施例1不同的是，热等静压处理的保温保压时间为3.2h，其他参数和方法均和实施例1相同。
109.对比例1
110.本对比例提供了一种包套的制作方法，其中和实施例1不同的是，将不锈钢板依次进行冲压、折弯和焊接，得到初模型包套，其他参数和方法均和实施例1相同。
111.对比例2
112.本对比例提供了一种包套的制作方法，其中和实施例1不同的是，将铜板依次进行冲压、折弯和焊接，得到初模型包套，其他参数和方法均和实施例1相同。
113.对上述实施例所得的包套进行致密性测试，所述致密性测试具体为取小样使用排水法测量密度，是本领域技术人员的公知方法，测试结果如下表1所示：
114.表1
115.实施例产品致密度实施例198.2％实施例298.9％实施例399.4％实施例497.8％实施例598.1％实施例698.0％实施例798.1％实施例896.7％实施例997.3％实施例1096.3％实施例1197.3％对比例195.3％对比例296.1％
116.由上表1可知：
117.通过实施例1-3和实施例4、5的对比结果可知，本技术通过限定加热保温过程的终温为100～110℃，使得包套内部水汽除尽，若不在本技术的限定范围内，会导致包套内水汽
残留影响产品致密度。
118.通过实施例1-3和实施例6、7的对比结果可知，本技术通过限定加热保温过程的保温时间为2～2.5h，使得包套排除水汽的效果好。
119.通过实施例1-3和实施例8、9的对比结果可知，本技术通过限定热等静压处理的温度为1100～1400℃，使得包套致密性好，低于所给温度，产品致密度降低无法达标，高于所给温度产品晶粒长大不满足要求。
120.通过实施例1-3和实施例10、11的对比结果可知，本技术通过限定热等静压处理的保温保压时间为2～3h，使得产品致密，若不在本技术的限定范围内，会导致产品致密度未达到要求这是由于需要足够的保温保压时间使产品成型。
121.通过实施例1-3和对比例1、2的对比结果可知，本技术通过限定钛板的使用，使得包套能全方位等比例收缩，若不是钛板，会导致包套发生凹陷、开裂、鼓包等异常现象，这是由于包套材料与内部产品收缩性能有差异。
122.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
123.且本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。