För att ta itu med de komplexa komponenter som krävs inom områden som flygindustrin, löser pulvergjutning effektivt tekniska utmaningar som är inneboende i precisionsgjutning, såsom krymphåligheter, porositet och sammansättningssegregation, såväl som många problem i samband med svetssmide. För närvarande, i produktionen av Ti2AlNb-legeringar med pulvermetallurgi, fokuserar vi på processparametrarna för het isostatisk pressning (HIP) (tid, temperatur, tryck), efterföljande värmebehandling och heta deformationsprocesser, och studiet av mikrostrukturen och prestanda hos pulverlegeringar och dimensionerna av formade komponenter. Vårt företag har framställt Ti2AlNb för-legerat pulver med hjälp av plasmaroterande elektrodprocess (PREP) och sedan producerat Ti2AlNb-pulverlegeringar genom pulvervarm isostatisk pressning.
Framställningsmetod för Ti2AlNb-pulverlegering: Ti2AlNb för-legerat pulver med en partikelstorlek under 250 μm laddas i en cylindrisk låg-kolstålmantel i en atmosfärisk miljö. Efter packning, punktsvetsning, vakuumavgasning och tätningssvetsning slutförs varmisostatisk pressning (HIP) i en varm isostatisk pressugn av typen RD(Z)-1-850 från Steel Research Institute Haopu Technology Co., Ltd., för att erhålla pulvermetallurgiämnen. Varm isostatisk pressprocess: Ugnstemperaturen höjs till 1030 grader, trycket är större än 140 MPa, hålltiden är 2–4 timmar, och sedan kyls ugnen. Värmebehandlingsprocess: Lösningsvärmebehandlingsförhållandena är 980 grader i 2 timmar, följt av ugnskylning, med en tid till rumstemperatur på inte mindre än 1 timme. Åldrande värmebehandlingsförhållanden är 890 grader i 4 timmar, följt av ugnskylning, med en tid till rumstemperatur på inte mindre än 1 timme. Efter het isostatisk pressning avlägsnas den yttre manteln och kärnan genom bearbetning och kemisk fräsning för att erhålla stängda impellerdelar av titanlegering. Figuren nedan visar monteringsförhållandet och den fysiska bilden av den experimentella slutna impellerhylsan och kärnan.
Fig. Monteringsförhållande och fysiskt diagram av höljd impellerhylskärna.
Dragegenskaperna testades vid 650 grader med en CMT5305 elektronisk universell testmaskin, enligt GB/T 228.2-2015 "Metallic materials, tensile testing-Del 2: Högtemperaturtestmetod"; kryplivslängden testades vid 650 grader /360 MPa med en RD-100 mikro-kontrollerad elektronisk kryptestmaskin, enligt GB/T 2039-2012 "Metallic materials, uniaxial tensile creep test method"; provets dimensioner för både drag- och kryptest var 5 mm i diameter och 25 mm i mätlängd, med minst två parallella prover. Ti2AlNb-pulverlegeringsproverna, efter montering och polering, etsades med Kroll-reagens (3% HF + 6% HNO3 + 91% H2O, volymfraktion), och SEM-bilder erhölls med ett TESCAN MIRA4 fältemissionsscannande elektronmikroskop. EBSD-analys utfördes på en Thermo Quattro S-typ SEM utrustad med en elektron backscatter diffraction (EBSD)-sond, och databearbetningsmjukvaran var HKL Channel 5. Porositeten hos den heta isostatiskt pressade Ti2AlNb-legeringen karakteriserades med användning av ett VersaXRM-500 röntgenmikrodatortomografisystem (Micro-CT). Analysytan för pulverpresskroppen var ungefär Φ1,9 mm × 2,2 mm.
Vid tillverkning av pulvermetallurgikomponenter är utformningen av inkapslingsstrukturen avgörande. En rimlig design av inkapslingsstrukturen måste säkerställa att alla delar av pulverpressen förtätas och uppnår nästan-net-formning. Som behållare för varm isostatisk pressning (HIP) av pulvermetallurgiska legeringar, påverkar inkapslingen direkt den metallurgiska kvaliteten och dimensionella utseendet på den färdiga produkten. I praktiken kan variationer i processparametrar under HIP-förtätning leda till skillnader i förtätningsprocessen. Speciellt vid tillverkning av stora, komplexa komponenter är inkapslings-/formstrukturen vanligtvis relativt komplex, och skillnaderna i förtätningsprocessen från ytan till det inre av pulverpresskroppen är mer uttalade, och uppvisar till och med ett fenomen av "icke-enhetlig förtätning." Detta fenomen leder till inkonsekventa förtätningsnivåer och krympdeformation i olika delar av komponenten, vilket påverkar komponentens mekaniska egenskaper. Med hjälp av EIGA-pulver tillverkades olika typer av Ti2AlNb-pulvermetallurgikomponenter framgångsrikt under en HIP-regim på 1030 grader /140 MPa/3 timmar. Tester visade att dimensionsavvikelsen för nyckelkomponenter var mindre än 2 %, och ytkvaliteten var överlägsen den hos gjutna legeringar. Genom att anta en konstruktion med finita element-assisterad inkapslingsstruktur tenderar förtätningsprocessen att vara enhetlig genom hela förtätningsformningsprocessen, vilket effektivt undviker fenomenet "icke-likformig förtätning" och hjälper till att säkerställa konsistensen i komponentens övergripande prestanda.
1) Jämfört med PREP-metoden har det förlegerade Ti2AlNb-pulvret som framställts med EIGA-metoden en bredare partikelstorleksfördelning, ett litet antal satellitsfärer och en högre tappdensitet.
(2) Jämfört med Ti2AlNb-legeringen som bildas genom varm isostatisk pressning av PREP-pulver, är den höga-temperaturstyrkan och kryplivslängden för legeringen motsvarande EIGA-pulver något reducerad, men förlängningen är bättre på grund av den högre likformigheten i mikrostrukturen. I komponentberedningsprocessen visar simuleringsresultaten för finita element att Ti2AlNb-hjulet framställt av EIGA-pulver har en mindre krympning och är mer lämpad för varm isostatisk pressning av komplexa komponenter.
(3) Genom att använda finita element-simulering för att hjälpa till med utformningen av inkapslingen framställdes komplexa Ti2AlNb-pulvermetallurgiska komponenter framgångsrikt med EIGA för-legerat pulver. Komponenterna har hög dimensions- och ytnoggrannhet och inga metallurgiska defekter.
