基于Ti-6Al-4V的热等静压与温压成形数值模拟对比研究

为对比研究钛合金的热等静压和温压成形工艺特点,以典型圆柱件成形为例,采用MSC.MARC软件,选取了Shima模型嵌入Ti-6Al-4V材料模型进行数值模拟。通过分析两种工艺过程中粉末体的流动情况和致密度分布,得出粉末体的热等静压是一个先向外膨胀再向中心收缩,最终达到全致密的过程,致密度分布均匀;而温压成形是沿着冲头方向直接进行收缩,致密度不高并存在明显的梯度现象。通过两种成形特点的对比,能分别预测成形方法的变形以及指导两种成形方法的选取。     

TC11钛合金粉末涡轮盘热等静压成形数值模拟研究

为了成形复杂结构的涡轮盘零件,采用粉末热等静压工艺(HIP),设计了粉末净成形和粉-固扩散连接成形两种方案,使用MSC.MARC软件,在Shima模型中嵌入TC11钛合金材料参数进行数值模拟研究。模拟结果显示:粉末净成形的模具变形是粉-固扩散连接成形的2倍左右;粉末净成形的粉末体在热等静压后,关键部位出现明显的密度梯度分布,相对密度较低,粉-固扩散连接成形的相对密度分布的均匀性优于粉末净成形,所以粉-固扩散连接成形方案优于粉末净成形方案。试验结果显示:热等静压工艺可以实现闭式涡轮盘的净成形。     

热等静压Ti-6Al-4V钛合金热变形微观组织演变研究

采用Gleeble-1500热模拟试验机对热等静压态Ti-6Al-4V钛合金在温度950~1050℃、应变速率0.01~1s_-1条件下进行了热模拟压缩实验,研究了变形温度、应变速率对其显微组织的影响规律。结果表明：热等静压态Ti-6Al-4V钛合金在950℃以上变形后淬火组织以粗大的β晶粒与针状及板条马氏体组成,具有典型的β相区变形组织特征。β转变组织形成交错的网篮结构并具有特定的取向关系。变形过程中,发生了动态再结晶,并伴随着动态回复现象。在950℃、0.01s_?1条件下,以动态再结晶占据主导,得到均匀等轴β转变组织。随应变速率增大,以动态回复为主,β晶粒沿金属流动方向拉长,β转变组织得到细化。随温度升高,β晶粒变粗大,并仍然存在拉长变形带。同时,β转变组织有一定程度的粗化。     

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。     

钼粉末温压成形过程的数值模拟研究

运用MSC.MARC有限元分析软件,采用热-机耦合方法,对钼粉末温压成形过程进行了有限元数值模拟,获得了粉末体形变、应力场和相对密度分布等相关数据,为改善钼粉温压成形工艺及优化工艺参数提供了理论依据.     

Ti-6Al-4V钛合金等通道转角挤压有限元模拟

对Ti-6Al-4V钛合金的等通道转角挤压过程进行三维有限元模拟,分析不同的凸模下压速度对等通道转角挤压过程的影响,并结合实际的挤压过程考虑挤压后残留在模具出口通道内的残余试样对挤压下一根试样的影响.结果表明:挤压速度的提高对应力、载荷和温升的影响很大,对应变速率很敏感的钛合金应在有效细化晶粒的前提下降低挤压速度,试验中挤压速度取0.3mm·s-1;残余试样的存在使变形更均匀,但增加了挤压下一根试样时的初始阶段的载荷.     

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。     

Ti6Al4V合金整体叶盘热等静压近净成形研究

本研究结合模具工艺与热等静压方法,整体近净成形出了复杂叶盘零件,并对模具变形、成形精度以及组织性能进行系统分析。结果表明,整体近净成形叶盘相对致密度达到99.5%。SEM结果显示:零件内部为均匀细小的α+β长条状组织,无明显孔隙和裂纹;组织致密,微观组织出现"分层"现象;同炉拉伸件抗拉强度可达920 MPa,性能优于同规模铸件,与锻件性能相当;分析断口微观形貌得出试样为韧性断裂;该方法成形零件材料利用率高,工艺成本低,成形周期较长。本研究为叶盘类零件热等静压近净成形提供了参考依据。     

水冷下Ti-6Al-4V钛合金热模拟试样组织研究

采用Gleeble3500热模拟试验机对Ti-6Al-4V钛合金进行了焊接热模拟试验,模拟该合金自高温β相区以一定冷却速率冷却的过程.试样选用两端钻孔的标准焊接模拟试样,均温区约2 mm宽.采用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射分析研究了试样不同区域的显微组织与结构.热模拟区边缘区域为细小的片状α组织,中心均温区域为针状α'马氏体组织;XRD标定发现母材和热模拟区域的衍射峰分别与纯钛密排六方α和α'相偏移一个角度后重合;热模拟区域的显微硬度略高于母材.     

Finite element simulation of real cavity closure in cast Ti6Al4V alloy during hot isostatic pressing

The healing behavior of shrinkage cavity inside the cast Ti6Al4V alloy during hot isostatic pressing(HIP)was investigated experimentally by interrupted hot isostatic pressing tests.The X-ray micro computed tomography was used to record the morphology changes before and after hot isostatic pressing.The two-dimensional geometry obtained by the microCT scan was used in simulation to study the evolution of the real shrinkage cavity during hot isostatic pressing.Shrinkage cavities,shrinkage porosity and small gas pores can be effectively eliminated under proper HIP conditions.The two-dimensional morphology in the simulation results agrees well with the experimental results.This study reveals that plastic deformation,creep and diffusion are the main mechanisms of cavity closure during hot isostatic pressing.In addition,the simplified elliptical pores with aspect ratios at different positions were used to replace the real pores to further study the factors affecting the position of dimples after HIP by simulation.It is found that the position of the dimples mainly depends on the aspect ratio of the elliptical pore and the distance between the pore surface and the external surface of the geometric model.     

热等静压处理ZTC4钛合金低温热处理过程中组织演变

研究了低温热处理后热等静压处理的ZTC4的组织演变规律。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)分析了不同尺度的组织特征。研究结果表明:原始组织由粗大的β晶粒和不同取向的α、β片层组成;温度由100℃升高到300℃,组织形态基本没有变化;当热处理温度在400℃时,α、β片层的形态由均匀变为不均匀。元素的微区扩散是造成这种现象的主要原因。     

Effects of hot isostatic pressing temperature on casting shrinkage densification and microstructure of Ti6Al4V alloy

The Ti6Al4V alloy castings were produced by the investment casting process, and the hot isostatic pressing(HIP) was used to remove shrinkage from castings. The processing pressure and holding time for HIP were 150 MPa and 20 min, respectively. Four different HIP temperatures were tested, including 750 ℃, 850 ℃, 920 ℃ and 950 ℃. To evaluate the effects of temperature on densification and microstructure of Ti6Al4V alloy treated by HIP, non-destructive testing and metallographic observation was performed. The experimental results show that the shrinkage was completely closed at 920 ℃ and 950 ℃. The densification of Ti6Al4V alloy increased as the HIP temperature increased below 920 ℃. The lamel ae were more uniform, the thickness of lamel ae was obviously broadened and the structure was coarsen. Besides, the Norton creep equation was used to simulate the effect of different temperatures on the densification of Ti6Al4V alloy during HIP. The simulation results were in good agreement with the experimental results. It was also found that 920 ℃ is a suitable temperature for HIP for Ti6Al4V alloy.     

镍基铸造高温合金的热等静压改性研究

研究了热等静压处理对镍基铸造高温合金内部缺陷及显微组织的影响。结果表明,铸态镍基高温合金中存在大量疏松、孔洞等缺陷,合金由γ相及γ′相两相共存,γ′相的数量较多但分布不均匀,并有少量已发生团聚。1040 ℃热等静压处理可明显减少合金中疏松和孔洞等显微缺陷,增加强化相数量,但γ′相有少量聚集长大。1200 ℃下热等静压处理基本消除了合金中的疏松组织,但仍存在少量的微孔,原始的γ′相溶化并重新析出了细小的二次γ′相。     

V4Cr4Ti合金和RAFM钢的热等静压扩散连接及其界面特性

低活化铁素体/马氏体(reduced activation ferritic/martensitic,RAFM)钢及钒合金被认为是未来核聚变反应堆第一壁的候选结构材料,性能各有优劣,可满足近中期应用要求. 采用热等静压技术在温度800 ℃、等静压压强150 MPa和保温时间2 h下实现V4Cr4Ti合金和CLF-1钢的固态扩散连接,对其界面微观组织、元素扩散特征以及抗剪强度进行了分析. 结果表明,CLF-1钢在距离连接界面120 μm区域内出现脱碳层,而V4Cr4Ti合金侧存在宽度约1.5 μm的高硬脆碳化物层;V4Cr4Ti合金/CLF-1钢连接界面无缺陷,接头室温抗剪强度最高达238 MPa. 断口分析表明,断裂发生于靠近V4Cr4Ti合金侧的高硬脆碳化物层,断口表现出整体韧性,局部脆性断裂的特征.     

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%。     

热等静压对铁基非晶纳米晶合金软磁性能的影响

在铁基非晶纳米晶合金,普通氮气热处理最佳退火温度的基础上,将热等静压工艺引入到非晶带材磁芯的退火工艺中,探究热等静压工艺对Fe基非晶纳米晶合金软磁性能的影响。用X射线衍射仪、精密磁性元件测试仪和软磁交流设备测量了铁基非晶带材的晶体结构、磁芯的电感L和磁损耗P_s等。结果表明,在频率100 kHz和工作磁感应强度B_m=0.1 T时,普通氮气保护退火样品的矫顽力和磁损耗为2.04 A/m、10.10 W/kg,而热等静压样品则为1.33 A/m、6.58 W/kg,分别降低了53.4%、34.9%;普通氮气保护退火样品的有效磁导率和品质因数为11 579、0.46,而热等静压则为15 980、0.70,分别增加了38.0%、52.2%。     

Ti-6Al-4V合金的温轧织构演变

本研究采用取向分布函数(ODF)详细分析了具有等轴组织的Ti-6Al-4V热轧退火板在450、600和750℃下经过约45%的温轧压下量后沿层厚的宏观织构演变。结果表明采用多道次温轧的方法成功获得可改善Ti-6Al-4V合金力学性能各向异性的纤维织构ND//hkil和基面织构(0001)[2110]或(0001)[1210]。而且,轧板通体上均形成了ND//hkil纤维织构,中心层的横向织构(1210)[1010]随轧制温度而变化,表层的基面织构通过位错滑移累积剪切应变而产生,且基面织构的形成路径依赖于初始取向。