镍基粉末高温合金FGH95涡轮盘材料研究

讨论了ＦＧＨ９５氩气雾化粉末高温合金中中缺陷、粉末颗粒凝固组织及其相组成，粉末经过热静压显微组织与相组成、热等静压坯再经包套模锻后合金的组织与低周疲劳性能，以及热等静压坯再再经挤压后合金组织的改善和处理制度的改进。     

PREP法制备高温TiAl预合金粉末及其致密化坯体组织研究

采用等离子旋转电极雾化(PREP)法制备了高温Ti Al预合金粉末,该粉末粒度主要在46~150μm之间,其粒度呈现双峰分布。高温Ti Al预合金粉末的快速冷凝组织及相组成与粒度有关,一般大粒径粉末冷凝组织为枝状结构,小粒径粉末呈光滑状;该预合金粉末相主要由α2相组成,小于46μm粒径的粉末含有一定β相,大于200μm粒径的粉末出现γm相。不同粒度的粉末由于不同的相组织结构对热等静压致密化坯体组织具有一定遗传效应,粗粒度粉末在热等静压后坯体中易形成原始粉末颗粒边界或粗化的片层组织。     

粉末冶金Ti-5Al-2.5Sn ELI合金显微组织研究

采用包套热等静压工艺制备了粉末冶金Ti-5Al-2.5Sn ELI(extra low interstitial)合金,研究了热等静压温度、粉末粒度、后续热处理温度对合金显微组织的影响。当热等静压温度在800℃时,粉末体压坯显微组织保持颗粒形态,致密度为99.2%;当温度在900~940℃时,显微组织演变为完全致密、细小的等轴晶。在α相区热等静压温度下,包套中的Fe在基体中的扩散不明显;在α+β、β相区温度下,Fe在β相中向基体快速扩散,影响合金表面质量。粉末粒度越大,合金的平均晶粒尺寸越大,残留孔隙较多。在α相区热处理,显微组织仍为细小等轴晶;当温度升至1000℃时,出现热致孔隙。     

Ti2AlNb异形粉末环件的轧制成形与性能研究

采用预合金粉末热等静压工艺制备了名义成分为Ti-22Al-24.5Nb-0.5Mo (原子分数,%)的Ti_2AlNb合金及大尺寸异形环坯(直径大于800 mm),采用热模拟压缩实验研究了Ti_2AlNb粉末合金的热变形行为,并对异形粉末环坯进行了轧制实验,分析了轧制前后的组织性能变化。结果表明,Ti_2AlNb粉末合金的热加工窗口宽且开裂倾向小,具有更均匀的化学成分和α_2相分布,但其应力抖动更加明显。优选1035～1045℃为Ti_2AlNb粉末异形环的变形温度区间,Ti2AlNb粉末异形环坯经两火轧制后,无损检测表明无任何裂纹产生。热变形促使Ti_2AlNb粉末合金的O板条细化和α_2相球化,热处理后,粉末制坯+环轧成形Ti_2AlNb合金为近两相(B2+O)组织,合金的室、高温拉伸塑性显著提高。     

热等静压参数对Ti-5Al-2.5Sn ELI粉末合金组织与力学性能的影响

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备Ti-5Al-2.5Sn ELI预合金粉末,并对预合金粉末进行表征.研究了热等静压参数对Ti-5Al-2.5Sn ELI粉末合金显微组织和力学性能的影响.结果表明,热等静压温度和压力的升高有助于提升粉末合金的致密度,当粉末合金的致密度大于99.5%时,粉末合金的力学性能可以达到锻造合金的水平.综合考虑粉末合金的致密度、显微组织和力学性能,Ti-5Al-2.5Sn ELI预合金粉末优选的热等静压工艺成型窗口为温度890~940℃,压力120 MPa以上,保温保压3 h.包套对热等静压压力有屏蔽作用,设计不当会降低粉末压坯的致密度.通过优化包套设计、热等静压参数和工艺途径可以有效抑制包套的屏蔽作用,提升粉末合金的致密度.     

粉末热等静压和铸造Be-Al合金的室温拉伸断裂机理

研究了粉末热等静压和精密铸造成型的Be-Al合金室温拉伸断裂模式.结果表明:粉末热等静压Be-Al合金的断口上有一个主裂纹源和多个次裂纹源,裂纹起源于Be/Al相界面和Al相的细薄组织,裂纹扩展与汇合同样沿此途径进行,断裂是各个裂纹源不断汇合韧脆反复的过程,属于相间断裂,说明热等静压Be-Al合金的界面结合强度小于Be相强度;铸态Be-Al合金的断口由Be相解理和Al相延性断裂组成,断裂机理是Be相先解理断裂后,再发生Al相急剧塑性变形,最后Al相断裂,裂纹成形于Be相内部终止于Al相,属脆性准解理断裂,说明铸态Be-Al合金界面结合强度大于Be相强度.     

热等静压粉末Ti2AlNb合金的制备及电子束焊

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备了成分为Ti-22Al-24Nb-0.5Mo(原子分数,%)的预合金粉末,通过包套热等静压工艺制备了粉末Ti2AlNb合金。实验结果显示,粉末粒度显著影响粉末Ti2AlNb合金的孔隙分布。对制备的粉末Ti2AlNb合金粉末环坯进行X射线探伤,检验结果显示环坯无明显焊接气孔及夹杂缺陷。采用金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM),研究了热等静压态Ti2AlNb合金电子束焊接头显微组织,从熔合区到母材的组织为单相组织向双态组织过渡,熔合区和热影响区显微硬度略高于母材。     

热等静压温度和粒度对粉末冶金TiAl合金组织和性能的影响

采用电极感应熔炼气雾化（EIGA）制粉和热等静压（HIP）固结成形制备Ti-43Al-9V-0.3Y合金。研究了热等静压温度和粉末粒度对TiAl合金显微组织和力学性能的影响。采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、能谱（EDS）、X射线衍射（XRD）、定量金相（OM）、质谱仪（MS）对样品进行了分析表征。结果表明,TiAl合金粉末主要相组成为β/B2相,经热等静压固结成形后合金主要由γ和β/B2相组成,此外两种状态的合金中都含有少量YAl2和Y2O3相。TiAl合金在1000℃～1260℃范围150MPa、3h条件下热等静压,组织均为近γ组织,随着温度的升高,γ相尺寸增大,室温和700℃拉伸强度有一定的降低,但伸长率显著升高。在0～250μm范围,粉末粒径越小,空心粉含量和Ar含量越低。将同炉3个粒度段（<53μm、53～105μm、105～250μm）的TiAl合金粉末分别经1200℃/150MPa/3h热等静压固结成形,合金显微组织和拉伸强度随粒度变化不明显,但合金高温拉伸伸长率随粉末粒度的减小而升高。     

三种不同粒径分布的Ti-6Al-4VELI球形粉末热等静压件的显微组织及力学性能

我们研究了经等离子旋转电极法制备的三种不同粒径分布的Ti-6Al-4VELI(低间隙)合金球形粉末经热等静压工艺制件后的显微组织和力学性能。Ti-6Al-4VELI合金球形粉末经940℃及120MPa同时升温升压的热等静压工艺制件。利用光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)可观察到HIP制件中的α+β混合相。研究结果表明,Ti-6Al-4VELI合金球形粉末经热等静压制件后的显微组织与粉末粒径分布有很大关系。与Ti-6Al-4VELI合金中粉(粒径分布范围：100μm~150μm)及粗粉(粒径分布范围：150μm~250μm)制成的热等静压件相比,由Ti-6Al-4VELI合金细粉(粒径分布范围：45μm~100μm)制成的热等静压件呈现出更为优异的显微组织及力学性能,表现为更为细化的显微组织和更高的抗拉强度及延伸率,与粉末热等静压制件的显微断口分析结果相一致。     

热等静压处理温度对一种高性能粉末高温合金组织和性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和拉伸试验等研究了不同温度热等静压处理(HIP)对一种高性能粉末高温合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:在γ′相溶解温度以下进行热等静压处理,合金中存在较多的原始粉末颗粒边界(PPB)组织,并且含有大量的残留枝晶,热处理后PPB不能完全消除,以至于影响合金的室温和高温塑性;在γ′相溶解温度以上进行热等静压处理,基本消除了PPB组织,残留枝晶含量较少,热处理后得到完全再结晶组织,不含有PPB组织,同时晶粒并未快速长大。     

TiAl合金粉末热等静压技术研究进展

TiAl合金具有高熔点、低密度、高比强度,良好的高温抗氧化、抗蠕变等性能,在航空航天及汽车发动机等领域应用前景广阔。粉末热等静压技术能够实现复杂形状TiAl合金零件的一体化成形,并且获得的零件晶粒尺寸细小、成分均匀、力学性能优异。本文介绍了TiAl合金雾化粉末制备原理与粉末热等静压致密化技术,评述了TiAl合金雾化粉末及经过热等静压和热处理后组织性能的研究进展,分析了TiAl合金粉末热等静压技术当前存在的一些问题,并对该技术的未来发展提出展望。     

新型高强韧钛合金的粉末热等静压规律研究

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法(EIGA)制备出一种钛基预合金粉末,然后用粉末冶金热等静压技术(PM-HIP)进行成形,研究了热等静压温度对该粉末冶金钛合金性能的影响。结果表明,采用气体雾化制粉工艺能够制备出满足要求的洁净预合金粉末,其相变点为883℃。热等静压温度在β相变点以下,制备的高强韧钛合金呈α+β双态组织,拉伸强度和冲击性能与热等静压温度成正相关。热等静压温度高于β相变点,组织中形成大尺寸的晶粒,α相衍射峰增强,为针状分布,合金性能略有下降。采用粉末热等静压技术制备的新型α+β两相钛合金具有高强高韧的特点,热处理能够提高合金的冲击性能。     

氢含量对置氢TC21粉末热等静压制件组织与性能影响

采用置氢钛合金粉末热等静压成形与钛合金热氢处理技术相结合的新工艺路线制备合金,研究了置氢量对置氢TC21合金粉末热等静压制件组织性能的影响规律。结果表明:随置氢量增加,置氢TC21合金粉末热等静压后制品密度逐渐增大;热等静压后制品的组织呈片层状、α/β集束状和网篮状组织,退火除氢后原始组织中片状和长条状的α/β集束得到破碎、细化;热等静压制件真空退火后抗拉强度呈逐渐升高的趋势,其拉伸端口形貌由长条状和片状组织沿晶韧窝断裂特征,向网篮组织穿晶和沿晶共存的断裂过渡,且两种组织的断裂都具有延性特征。     

Ti-22Al-24Nb-0.5Mo粉末合金的制备及电子束焊接

采用预合金粉末热等静压工艺制备了Ti-22Al-24Nb-0.5Mo(原子分数,%)粉末合金,对Ti-22Al-24Nb-0.5Mo粉末合金环坯和板坯进行电子束焊接.采用OM,SEM,EPMA和X射线三维成像技术对焊接接头的微观组织进行表征,研究了焊后热处理对焊接接头显微硬度、拉伸性能和持久性能的影响.结果表明,热等静压温度显著影响Ti-22Al-24Nb-0.5Mo粉末合金的孔隙分布.在1030oC热等静压成型的粉末环坯经980oC,2 h,真空炉冷热处理后表现出较好的可焊性.焊接接头熔合区、热影响区和母材的化学成分均匀,虽然显微组织差异明显,但是显微硬度无明显区别.拉伸及持久性能测试试样皆断裂于熔合区.焊接接头熔合区存在大量的显微孔隙是焊接接头发生断裂的失效机制.焊后热处理可以减少焊缝处的显微孔隙数量,从而提高焊接接头塑性及高温持久寿命.     

热等静压对Ti-6Al-4V粉末冶金件组织和性能的影响

以Ti-6Al4V合金棒材为原料,采用等离子旋转电极雾化法（PREP）制备出高品质球形钛粉,再通过热等静压近净成形工艺将粉末压制成块,并对Ti-6Al4V合金块体的组织和性能进行研究。结果表明：Ti-6Al4V合金粉末经热等静压后,组织主要由等轴α相＋片条α相以及少量届相组成。升温升压速率较快时,粉末颗粒内部主要以片条状的α相为主,且同一束域内的α相彼此甲行,规则排列成同一取向,颗粒边界处以等轴α相为主,其力学性能超过锻件;升温升压速率较慢时,冶金件组织发牛明显粗化,力学性能介于锻件和铸件之间。     

热等静压对电子封装60wt%Si-Al合金组织与性能的影响

采用喷射成形技术制备了新型电子封装材料60wt%Si-Al合金,选用两种热等静压工艺对其进行致密化处理,研究热等静压对材料组织和性能的影响。观察、分析了热等静压致密化后合金组织,测试了热等静压后合金的致密度、导热及热膨胀性能。结果表明,热等静压可有效减少或消除喷射成形60wt%Si-Al合金坯件内部的缩松缩孔,使合金接近理论密度。固态(520℃)热等静压后的合金相比半固态(600℃)热等静压合金,表现出更高的致密度、热导率和更低的热膨胀系数。     

热等静压温度对Tc_4合金的抗张强度与塑性的影响

本文研究了热等静压温度对Tc_4合金抗张强度与塑性的影响。用H/DH粉末为原料,经850℃、950℃、1050℃热等静压后,测定了它们的抗张强度、延伸率和断面收缩率,进行了组织观察和相分析。结果表明,950℃是H/DH粉末最佳的热等静压温度,在这个温度下压制的样品,具有等轴的α+β组织,可以得到较高的强度和最佳的塑性。     

TC17粉末钛合金HIP/IF复合工艺制备及组织性能演变

采用粉末热等静压(HIP)+等温锻造(IF)的复合工艺制备TC17粉末钛合金,并分析研究工艺过程中合金组织和性能的变化.结果表明:粒度<104 μm的雾化TC17合金粉末经热等静压后,合金成分均匀,显微组织为细针状的魏氏组织,室温抗拉强度为1210 MPa、延伸率仅为4%;经高低温慢速等温锻造后,合金密度得到进一步提高(99.9%),显微组织中的原始β晶粒得到完全破碎,获得了细小的等轴晶粒;固溶时效热处理后,大量等轴α相均匀地弥散分布于β转变基体上,α相尺寸很小,约1～2 μm.最终粉末合金室温抗拉强度为1210 MPa、延伸率高达16%,强度和塑性达到了良好的匹配,并且远远超过技术条件要求.     

热等静压处理对Ti6242合金铸件的组织和拉伸性能的影响

研究Ti6242合金铸件及经热等静压后的组织和拉伸性能变化,观察分析了熔炼铸坯和重力铸造铸件热等静压处理前后的组织,并测试了其拉伸性能。结果表明,热等静压消除了铸造时产生的缩松、缩孔等缺陷,增加了材料的抗拉强度。经热等静压处理后Ti6242合金铸件的抗拉强度(sm)为852 MPa,较熔炼铸坯的提升了9.2%,较重力铸造铸件的提升了3.3%。热等静压处理后Ti6242合金铸件的伸长率为6.32%,较熔炼铸坯的提升了13%,而较重力铸造铸件的降低了8.9%。     

Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B合金板材的制备及其拉伸性能

采用感应熔炼气体雾化法制备Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B预合金粉末,对预合金粉末进行表征,通过热等静压工艺制备TiAl基合金坯料.应用包套叠轧的方法轧制出TiAl基合金板材,对轧制的TiAl基合金板材进行不同相区的热处理,分别得到双态组织和全片层组织,对热处理后的TiAl基合金进行拉伸性能测试.结果表明:TiAl基合金的预合金粉末主要由α2相和少量γ相组成,热等静压致密化处理后的板坯组织细小均匀.拉伸实验表明,双态和全片层组织的TiAl基合金板材在高于700 ℃时,其塑性大幅提高;双态组织TiAl基合金板材的断裂形式主要以韧性断裂为主,而全片层TiAl基合金板材的断裂形式仍为脆性断裂.