Om de complexe componenten aan te pakken die nodig zijn in gebieden zoals de lucht- en ruimtevaart, lost poedergieten op effectieve wijze de technische uitdagingen op die inherent zijn aan precisiegieten, zoals krimpholtes, porositeit en samenstellingssegregatie, evenals talrijke problemen die verband houden met lassmeedstukken. Momenteel concentreren we ons bij de productie van Ti2AlNb-legeringen met behulp van poedermetallurgie op de procesparameters van heet isostatisch persen (HIP) (tijd, temperatuur, druk), daaropvolgende warmtebehandeling en hete vervormingsprocessen, en de studie van de microstructuur en prestaties van poederlegeringen en de afmetingen van gevormde componenten. Ons bedrijf heeft Ti2AlNb-pre-gelegeerd poeder bereid met behulp van het plasma-roterende elektrodeproces (PREP) en vervolgens Ti2AlNb-poederlegeringen geproduceerd via het hete isostatische poederpersproces.
Bereidingswijze van Ti2AlNb-poederlegering: Ti2AlNb-voor-gelegeerd poeder met een deeltjesgrootte van minder dan 250 μm wordt in een atmosferische omgeving in een cilindrische laag-koolstofstalen omhulsel geladen. Na verdichting, puntlassen, vacuümontgassing en afdichtingslassen wordt heet isostatisch persen (HIP) voltooid in een hete isostatische persoven van het type RD(Z)-1-850 van Steel Research Institute Haopu Technology Co., Ltd., om knuppels van de poedermetallurgie te verkrijgen. Heet isostatisch persproces: de oventemperatuur wordt verhoogd tot 1030 graden, de druk is groter dan 140 MPa, de houdtijd is 2-4 uur en vervolgens wordt de oven afgekoeld. Warmtebehandelingsproces: De omstandigheden voor oplossingswarmtebehandeling zijn 980 graden gedurende 2 uur, gevolgd door ovenkoeling, met een tijd tot kamertemperatuur van niet minder dan 1 uur. De hittebehandelingsomstandigheden voor veroudering zijn 890 graden gedurende 4 uur, gevolgd door koeling van de oven, met een tijd tot kamertemperatuur van niet minder dan 1 uur. Na heet isostatisch persen worden de buitenmantel en de kern verwijderd door machinale bewerking en chemisch frezen om gesloten waaieronderdelen van titaniumlegering te verkrijgen. De onderstaande afbeelding toont de montagerelatie en het fysieke beeld van de experimentele gesloten waaierhuls en kern.
Fig. Montagerelatie en fysiek diagram van omhulde waaierhulskern.
De trekeigenschappen zijn getest bij 650 graden met behulp van een CMT5305 elektronische universele testmachine, volgens GB/T 228.2-2015 "Metallic materials, trekproeven-Deel 2: Testmethode bij hoge temperaturen"; De kruiplevensduur is getest bij 650 graden/360 MPa met behulp van een RD-100 micro-gecontroleerde elektronische kruiptestmachine, volgens GB/T 2039-2012 "Metallic materials, uniaxial trekkruiptestmethode"; de afmetingen van de proefstukken voor zowel trek- als kruiptests waren 5 mm in diameter en 25 mm in meetlengte, met ten minste twee parallelle proefstukken. De monsters van de Ti2AlNb-poederlegering werden na montage en polijsten geëtst met Kroll-reagens (3% HF + 6% HNO3 + 91% H2O, volumefractie) en SEM-beelden werden verkregen met behulp van een TESCAN MIRA4 veldemissie-scanning-elektronenmicroscoop. EBSD-analyse werd uitgevoerd op een Thermo Quattro S-type SEM uitgerust met een elektronenterugverstrooiingsdiffractie (EBSD) -sonde, en de gegevensverwerkingssoftware was HKL Channel 5. De porositeit van de heet isostatisch geperste Ti2AlNb-legering werd gekarakteriseerd met behulp van een VersaXRM-500 röntgenmicrocomputertomografie (Micro-CT) -systeem. Het analysegebied van de poedercompact was ongeveer Φ1,9 mm x 2,2 mm.
Bij de vervaardiging van poedermetallurgische componenten is het ontwerp van de inkapselingsstructuur cruciaal. Een redelijk ontwerp van de inkapselingsstructuur moet ervoor zorgen dat alle delen van de poedercompact worden verdicht en een bijna -netto- vormvorming bereiken. Als container voor heet isostatisch persen (HIP) van poedermetallurgische legeringen heeft de inkapseling rechtstreeks invloed op de metallurgische kwaliteit en het dimensionele uiterlijk van het eindproduct. In de praktijk kunnen variaties in procesparameters tijdens HIP-verdichting leiden tot verschillen in het verdichtingsproces. Vooral bij het vervaardigen van grote, complexe componenten is de inkapselings-/vormstructuur doorgaans relatief complex, en zijn de verschillen in het verdichtingsproces van het oppervlak tot de binnenkant van het poedercompact duidelijker, en vertonen ze zelfs een fenomeen van "niet- uniforme verdichting." Dit fenomeen leidt tot inconsistente verdichtingsniveaus en krimpvervorming in verschillende delen van het onderdeel, waardoor de mechanische eigenschappen van het onderdeel worden beïnvloed. Met behulp van EIGA-poeder werden verschillende typen Ti2AlNb-poedermetallurgiecomponenten met succes vervaardigd onder een HIP-regime van 1030 graden/140 MPa/3 uur. Uit tests bleek dat de maatafwijking van de belangrijkste componenten minder dan 2% bedroeg en dat de oppervlaktekwaliteit superieur was aan die van gegoten legeringen. Door een eindige elementen-ondersteund inkapselingsstructuurontwerp toe te passen, neigt het verdichtingsproces uniform te zijn gedurende het gehele verdichtingsvormingsproces, waardoor het fenomeen van "niet-uniforme verdichting" effectief wordt vermeden en de consistentie van de algehele prestaties van de component wordt gewaarborgd.
1) Vergeleken met de PREP-methode heeft het Ti2AlNb voor-gelegeerde poeder, bereid volgens de EIGA-methode, een bredere deeltjesgrootteverdeling, een klein aantal satellietbollen en een hogere tikdichtheid.
(2) Vergeleken met de Ti2AlNb-legering gevormd door heet isostatisch persen van PREP-poeder, zijn de hoge -temperatuursterkte en kruiplevensduur van de legering die overeenkomt met EIGA-poeder enigszins verminderd, maar de rek is beter vanwege de hogere uniformiteit van de microstructuur. In het componentvoorbereidingsproces laten de eindige-elementensimulatieresultaten zien dat de Ti2AlNb-waaier, bereid door EIGA-poeder, een kleinere krimp heeft en geschikter is voor heet isostatisch persen van complexe componenten.
(3) Met behulp van eindige-elementensimulatie als hulpmiddel bij het ontwerp van de inkapseling werden complexe Ti2AlNb-poedermetallurgiecomponenten met succes bereid met behulp van voor- EIGA-gelegeerd poeder. De componenten hebben een hoge maat- en oppervlaktenauwkeurigheid en geen metallurgische defecten.
