气门座圈粉末锻造工艺的数值模拟与实验

目的研究气门座圈的粉末锻造工艺,提高产品的致密度。方法通过建立气门座圈粉末锻造数值模型,分析锻造过程中相对密度的变化过程,研究预制毛坯初始相对密度、锻造加热温度和成形速度对致密化的影响。在此基础上进行粉末锻造实验,并与模拟结果比较。结果随着预制毛坯初始致密度、加热温度的增加以及成形速度的降低,粉末锻造致密度化所需的成形力降低;预制坯初始密度对锻件密度均匀性影响最为显著。经过粉末锻造后的气门座圈,密度从6.6 g/cm~3提高到7.46 g/cm~3,致密度达到96.4%。结论相比传统压制-烧结工艺,粉末锻造可以大幅度提高气门座圈的致密度。     

基于TiH_2粉末短流程制备高性能钛的研究

以极细TiH_2粉末为原料,采用压制/真空烧结的方法制备细晶或者超细晶钛,并通过HIP进一步提高钛的致密度以保障力学性能;同时还研究了添加少量Y对钛制品的影响。通过拉伸试验评价了所得钛制品的力学行为,并对显微组织和断口开展了系统分析。研究结果表明,由极细TiH_2粉末分解而来的钛粉具有优秀的烧结性能,在600~900℃发生快速致密化,当烧结温度≥1000℃时制品的相对致密度97%。随着烧结温度的提高,制品的晶粒逐步长大,但是在1150℃下真空烧结2 h后平均晶粒度仍然小于10 mm。拉伸试验结果表明,纯钛制品的抗拉强度在700~1032 MPa之间,而含Y钛制品的抗拉强度750 MPa,且延伸率为8%~10%。TiH_2分解对所获Ti粉起始晶粒度的遗传性影响和钛粉中固溶态H对晶粒合并长大的阻碍作用,是利用极细TiH_2粉末短流程制备细晶或者超细晶钛的机理。     

粉末钛合金热等静压近净成形技术及发展现状

粉末钛合金热等静压(HIP)近净成形技术作为一种理想的钛合金构件制备工艺之一,可以通过整体近净成形产品来提高材料利用率,降低钛合金产品的生产成本和生产周期,因此越来越受到武器装备等军工领域的关注。自该工艺出现以来,材料学者从原材料粉末的制备、包套设计、近净成形过程到材料的后处理都做了系统的研究,以了解该工艺的技术原理和材料性能影响因素,进而获得更高性能的产品,并进一步降低生产成本。研究表明,原材料粉末和包套设计是影响粉末钛合金近净成形产品质量和成本最重要的两个因素。球形度高、流动性好的钛合金粉末具有好的填充性和高的松装密度,能增加产品的成形精度。与此同时,作为控制粉末冶金制品中组织结构、孔洞和杂质元素的关键因素,高质量钛合金粉末的使用还可以获得力学性能更加优异的产品,但此种粉末的价格较高,增加了粉末冶金的生产成本,所以高质量、低成本钛合金粉末的制备是钛合金粉末冶金未来发展的重要方向之一。包套作为钛合金HIP近净成形技术的主要成本构成之一,合适的材料选择和结构设计既可以提高产品的成形精度又可以改善产品的表面质量,而通过计算机仿真模拟技术来设计包套和模拟近净成形过程,可以进一步提高成形精度和降低构件的研发成本,因此计算机仿真模拟是钛合金HIP近净成形未来发展的重点。通过选择合适的原材料粉末、设计合理的成形包套以及精确控制的成形过程,目前HIP近净成形获得的钛合金构件显示出与锻件相当的力学性能,而成本相对铸锻件节约了1/3以上。近年来,粉末钛合金热等静压近净成形技术在国外的航空航天等军工领域都已经得到了广泛的应用,并显现出理想的减重和降低成本的效果;国内则主要以航天领域的应用为主,而对其疲劳性能的质疑是限制其在国内航空领域广泛应用的主要原因。本文对粉末钛合金HIP近净成形技术进行了全面综述,对工艺过程中的影响因素,粉末致密化过程、力学性能及其影响因素等分别进行了阐述,同时介绍了计算机仿真模拟技术在粉末钛合金HIP近净成形技术上的应用。最后对该技术在国内外的应用情况进行了简要总结,并展望了该技术未来的发展趋势。     

热复合磁脉冲粉末压坯致密度的试验研究

对加热Cu粉末进行磁脉冲致密试验研究,探索提高压坯致密度且不使粉末颗粒产生明显长大的致密方法.通过压坯平均致密度和微观金相形貌分析,揭示了加热温度、放电参数和粉末体高径比等工艺参数对Cu粉末热复合磁脉冲致密压坯致密度的影响规律.研究表明:压坯致密度不随温度升高而线性增加,200℃时的致密度最高;在给定放电能量和200℃下,压坯的致密度随电压和电容量增加而提高,随粉末质量增加而降低;3次放电显著改善压坯致密效果,致密度达98.75%,再增加次数的影响甚微.     

AlN粉末特性对AlN-BN复合陶瓷致密化的影响

以比表面积分别为4.26和17.4 m2/g两种AlN粉末为原料,添加5%Y2O3作为烧结助剂制备AlN-15BN陶瓷(质量分数,%),研究了AlN粉末特性对复合陶瓷致密化过程的影响。结果表明,AlN粉末比表面积对复合陶瓷致密化有重要影响,比表面积高的AlN粉末所制备的复合陶瓷致密化过程主要发生在1500~1650℃,1650℃烧结3 h后,复合材料的相对密度达95.6%,继续升高温度,对材料的密度影响不大;而低比表面积的AlN粉末所制备的复合陶瓷的致密化过程主要发生在1650~1850℃,1850℃烧结3 h,复合陶瓷的相对密度为86.4%。即高比表面积的AlN粉末有利于获得相对密度高的AlN-BN复合材料。     

高温钛合金Ti-60粉末的制备和表征

采用感应熔炼气体雾化法制备了掺杂稀土Nd的高温钛合金Ti-60粉末。结果表明,在制备过程中合金元素几乎没有烧损,增氧量小于100×10~(-6);粉末的平均粒度(d_(50))约为100μm,满足正态分布,雾化气体的压力增大则粉末的粒度减小;粉末的形貌大多呈球形,只有少量的形状不规则;部分粉末是空心的,其比例随着粉末粒度的增加而增大;粉末表面有明显的凝固特征,具有清晰的二次枝晶;随着Nd含量的增加,粉末表面富Nd稀土相的析出增加;粉末由针状α′马氏体组织构成,当真空退火温度超过700℃时马氏体开始微量分解,当温度升高到850℃时马氏体大量分解。     

316L不锈钢粉末注射成形件的烧结致密化行为

为了控制粉末注射成形零件的最终尺寸精度和力学性能,对316L不锈钢粉末注射成形件的烧结致密化行为进行了试验研究,分析了烧结温度和升温速率对试件致密化行为以及烧结件力学性能的影响.试验结果表明,致密化过程始于1080℃左右,主要在1200～1300℃的升温过程中快速进行,致密化速率随着升温速率的升高而升高.烧结件的抗拉强度、抗弯强度以及延伸率,不但取决于致密化程度,而且与微观结构有关.分析表明,将基于扩散控制和强度控制的烧结理论结合,可以有效地解释316L不锈钢粉末的致密化行为,需在现有的烧结模型中考虑强度影响因素,才能更真实地模拟烧结过程.     

烧结温度和粉末预处理对SPS制备超细晶硬质合金的影响

采用亚微米WC粉和微米Co粉混合粉末作为原料,利用高能球磨与放电等离子烧结(SPS)技术制备超细晶WC-10Co硬质合金.研究表明,球磨后直接烧结时,当温度由1150℃增加到1200℃,试样的晶粒尺寸和硬度没有明显变化(平均晶粒尺寸约250nm),但致密度提高至98.6%,横向断裂强度由1045MPa提高到1819MPa.当对球磨后的混合粉末进行900℃真空处理后,在较低温度烧结的条件下试样的致密度则高达99%,且横向断裂强度与未处理粉末在相同工艺下烧结获得提高.     

热压BN掺杂SiAlON陶瓷的致密化过程研究

以Si3N4粉、AlN粉、Y2O3粉以及BN粉末为原料，采用热压烧结（HP）方法在N2气氛、1900℃条件下制备BN掺杂α-SiAlON陶瓷，研究BN掺杂SiAlON陶瓷的致密化过程。BN粉末经造粒形成粒径约为0．5mm的球形颗粒，其掺量分别为SiAlON原始粉末质量的5％和10％。研究结果表明：BN的掺量对BN／SiAlON陶瓷的收缩趋势和致密化过程的温度范围无影响，BN掺量不同的两条相对收缩量曲线吻合得非常好，收缩均始于1650℃左右，结束于1705℃；在烧结温度相同的情况下，较高的BN掺量有助于提高BN／SiAlON陶瓷烧结过程的收缩速率和样品的总收缩量，在促进致密化进程的同时能够提高陶瓷的致密度。     

HIP处理对铸造铁基高温合金组织和性能的影响

任何合金,特别是高温合金(铁基和镍基),由于加入大量合金元素,故凝固温度较宽,在合金凝固过程中不可避免地要产生疏松、特别是显微疏松。这些铸造缺陷对合金的机械性能—室温和高温机械性能,特别是高温疲劳性能影响很大,对其铸件的水密性影响也很大。用HIP(热等静压)工艺,可以使所研究的合金(K-11和208合金)在高温高压下产生高温蠕变扩散过程,使大部份显微疏松闭合,故高温持久断裂寿命提高一个数量级;水压试验(19MPa)不出汗。试验表明,HIP工艺是一种能使铸件致密化和均匀化,提高机械性能的工艺方法。