粉末粒度偏析对Ti-5Al-2.5Sn ELI粉末合金拉伸性能的影响

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备洁净的Ti-5Al-2.5Sn ELI预合金粉末,用热等静压包套技术制备全致密的Ti-5Al-2.5Sn ELI粉末合金。采用常规工艺填充5种不同粒度分布的Ti-5Al-2.5Sn ELI粉末样品并进行热等静压处理,得到全致密的粉末合金;并采用长时间振实工艺填充一组粉末冶金样品。结果表明:以常规工艺填充的粉末样品制得的5组粉末合金压坯的气体含量处于同一水平,晶粒尺寸最大差异在10μm左右,合金的室温和低温拉伸性能无明显差异。长时间振实工艺填充粉末会引起大颗粒粉末聚集于包套上部、细小颗粒粉末则向下沉降的粒度偏析现象,该现象对粉末合金的室温性能无明显影响,但造成包套端部合金样品的低温塑性显著下降,下降幅度达50%。     

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.     

FGH4097合金热等静压成形数值模拟北大核心CSCD

基于连续介质理论,应用Shima模型描述FGH4097合金粉末热等静压的致密化变形规律,采用有限元分析软件MSC.marc对装FGH4097合金粉末圆柱包套的热等静压过程进行了数值模拟和试验验证,分析了包套的变形规律以及温度场对坯料致密化过程的影响。结果表明:在热等静压过程中,Shima模型对描述FGH4097合金粉末的致密化过程具有较高的精度,圆柱包套的数值模拟结果和试验结果的尺寸误差控制在2%以内;包套的厚度以及边角效应对热等静压过程中坯料的收缩变形有着显著的影响;热等静压过程中坯料内温度梯度所导致的应力状态差异使得坯料的收缩偏离各向同性。     

FGH4097合金热等静压成形数值模拟

基于连续介质理论,应用Shima模型描述FGH4097合金粉末热等静压的致密化变形规律,采用有限元分析软件MSC.marc对装FGH4097合金粉末圆柱包套的热等静压过程进行了数值模拟和试验验证,分析了包套的变形规律以及温度场对坯料致密化过程的影响。结果表明:在热等静压过程中,Shima模型对描述FGH4097合金粉末的致密化过程具有较高的精度,圆柱包套的数值模拟结果和试验结果的尺寸误差控制在2%以内;包套的厚度以及边角效应对热等静压过程中坯料的收缩变形有着显著的影响;热等静压过程中坯料内温度梯度所导致的应力状态差异使得坯料的收缩偏离各向同性。     

真空脱气对粉末冶金Ti2AlNb合金力学性能的影响

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备了成分为Ti-22Al-24Nb-0.5Mo(原子分数，x/%)的预合金粉末，并对预合金粉末的化学成分、表面状态及流动性等进行了表征。通过包套热等静压工艺制备了粉末冶金Ti2AlNb合金，研究了真空脱气对粉末冶金Ti2AlNb合金力学性能的影响。结果表明，超声气体雾化法制备的Ti2AlNb合金粉末化学成分批次稳定性好；从粉末填充的工艺性能方面考虑，热等静压成形应选取粒度小于250 μm以下的全粒度分布预合金粉末；真空脱气处理可减少粉末冶金Ti2AlNb合金的孔隙缺陷，提升合金拉伸性能的稳定性和高温持久寿命。     

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。     

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。     

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.     

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。     

粉末冶金TA7 ELI合金的制备及其界面反应层

采用Ti-5Al-2.5Sn ELI (TA7 ELI)洁净预合金粉末通过热等静压(HIP)致密化工艺制备TA7 ELI合金.利用粒度仪和扫描电镜等对粉末的粒径分布、形貌和化学成分进行表征.利用金相显微镜分析热等静压后TA7 ELI合金的显微组织,利用电子探针分析包套和粉末反应层的元素分布.结果表明:粉末的平均粒度约为80 μm,形貌呈球形;经1 000 ℃、130 MPa、3 h热等静压后,材料的相对密度达到理论密度的99.5%,获得平均晶粒直径约为40 μm的细小等轴晶组织;包套与TA7 ELI粉末界面反应层厚度为3～8 μm,反应层富集Al和Sn元素,Fe元素沿TA7 ELI晶界快速扩散,在界面附近呈网状分布.     

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.     

粉末热等静压的离散元-有限元混合模拟

为了从微观角度仿真热等静压成形过程中粉末颗粒的变形情况,提出使用离散元和有限元混合方法建立热等静压成形的仿真模型。编写了粉末颗粒的随机填充算法,完成了包套内粉末颗粒的填充。使用上述模型,对包套内不同位置的粉末颗粒的变形情况、颗粒间孔隙消失的演化过程和成形后零件表面的形貌进行了仿真,并与已有试验结果进行了对比。仿真结果表明,包套中心的颗粒变形较小,大部分孔隙是在成形达到稳定状态之前消除的,热等静压成形零件的表面形貌主要是在达到稳定状态前形成的。离散元-有限元混合模拟可以反映热等静压成形中颗粒重排和塑性变形阶段的粉末颗粒变形。     

长时间热暴露对Ti-24Al-15Nb-1Mo合金组织和性能的影响

采用熔模精密铸造及热等静压技术制备Ti-24Al-15Nb-1Mo合金模拟件,然后在600、650、700℃大气氛围下,经过100、300、500 h热暴露,取样研究其微观组织和室温拉伸性能的变化。结果表明,在热暴露过程中,Ti-24Al-15Nb-1Mo合金的非平衡组织逐渐向平衡态转变,导致自身组织分解、析出、粗化等一系列的转变,从而对合金的力学性能产生较大影响。经热暴露后,其抗拉强度从863 MPa下降到最低742.7 MPa,塑性也有所下降,延伸率相对热等静压态的最大下降量为56%。     

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缺陷、粉末颗粒凝固组织及其相组成、粉末经过热等静压后显微组织与相组成、热等静压坯再经包套模锻后合金的组织与低周疲劳性能、以及热等静压坯再经挤压后合金组织的改善和热处理制度的改进。     

包套在铝合金粉末热等静压成形中的屏蔽效应及其对性能的影响

通过数值模拟和热等静压实验,研究包套在铝合金粉末热等静压成形过程的屏蔽效应及其对性能的影响,建立包套对等静压力屏蔽效应的关系公式。结果表明:包套对等静压力的屏蔽效应与包套的几何尺寸、壁厚、屈服强度有关系,包套越厚,其屏蔽效应越显著,降低热等静压过程中粉末颗粒重排阶段的致密化程度。由于包套的屏蔽,对于二元共晶和三元共晶的液相没有实现完全挤出,在粉末颗粒与颗粒交界处残留有没有被液相填充完全的孔隙,降低粉末件最终的致密度。当包套厚度较大时,降低了粉末铝合金材料的抗拉强度和屈服强度,而对材料塑性的影响不明显。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。