Ti—5Al—2.5Sn粉末颗粒界面在热等静压过程中的变化

采用等离子旋转电极（ＰＲＥＰ）Ｔｉ－５Ａｌ－２．５Ｓｎ粉末,经过热等静压（ＨＩＰ）工艺研究原始粉末界面在热等静压致密化过程中的变化。研究结果表明：由于原始粉末颗粒界面存在成分偏析、氧化和杂质元素富集等,在致密化过程中粉末颗粒界面经历了变形、破裂、偏聚和均匀化等一系列复杂的变化过程。同时这些界面物质的存在使得材料的粉末颗粒界面结合力变差。为了避免它对材料最终性能的影响,合理地提高热等静压温度和延长保     

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.     

一种新型镍基粉末高温合金不同状态热变形行为研究

利用扫描电子显微镜、金相显微镜、热压缩试验机、电子背散射衍射仪等研究了一种新型镍基粉末高温合金(WZ-A3)在1150℃热等静压态、热等静压+1150℃热挤压态、热等静压+1130℃热挤压态等三种不同状态下显微组织、热变形行为和组织演变。结果表明：WZ-A3材料1150℃热等静压态样品存在部分粉末原始颗粒边界(Prior Particle Boundary,PPB)和粗大γ′,经1130℃和1150℃挤压后样品PPB碎化消失,为等轴晶状态。三种状态样品在热压缩过程中均表现出加工硬化-再结晶软化现象。峰值应力热变形激活能分别是861kJ/mol、858 kJ/mol和489kJ/mol。变形温度对样品变形组织影响明显,1150℃-0.001/s条件下,热等静压态和热等静压+1130℃热挤压态样品均出现异常晶粒长大。对比三种状态,热等静压+1130℃热挤压态样品变形行为最优。     

钛合金热等静压模拟本构关键参数确定及工艺优化

对钛合金粉末热等静压进行数值模拟,以预测材料的成形性能;采用本构为MSC.Marc软件中嵌入的Shima模型,通过对该数值模型的分析;制定了本构模型中TC4材料模拟所需材料参数的测定方法。针对航空类典型环形零件的成形,应用数值模型,通过对多种不同工艺制度参数的对比,得到了热等静压过程中的关键参数压力、温度曲线的优化制度。利用热等静压制备了实际的环形样件,数值模拟与试验结果吻合较好,说明数值模拟可对零件的热等静压工艺过程进行预测,同时也为复杂零件的成形预测奠定了基础。     

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。     

钨合金粉末和烧结材料的热等静压工艺技术

针对93W-Ni-Fe材料研究钨重合金(WHA)粉末和烧结材料的热等静压(hot isostatic pressing,HIP)强化工艺,在不同的工艺下进行热等静压实验。结果表明,经热等静压强化处理后,93W-Ni-Fe试验件进一步致密化,相对密度和硬度显著提高,分散度明显减小,且其延性保持在较高水平;提高温度和压力都能在一定程度上提高材料的强度及延伸率和断面收缩率,但温度的提高对强化的影响更明显。对两种工艺进行对比,发现钨合金粉末材料的直接热等静压成形试件的性能指标远小于烧结棒材,可通过提高温度得到一定程度的提高,但最优温度压力参数还需探索。     

Al2O3/ZrO2涂层在热等静压致密化TiAl基合金粉末过程中对碳钢包套的影响

由于焊接性能好,成本低,碳钢材料常被用于制作热等静压致密化TiAl基合金粉末的包套。在高温高压下,碳钢包套和TiAl基合金粉末通过原子扩散在扩散区形成脆性相,导致包套失效,并降低TiAl基合金压坯的致密度。为了确保碳钢包套在热等静压致密化TiAl基合金粉末过程中的可靠性,本文利用热喷涂的方法在20#钢包套内壁添加了Al2O3/ZrO2（A-Z）涂层,然后在 。在热等静压试验中,带有A-Z涂层的20#钢包套用于热等静压致密化Ti-46Al-2Cr-2Nb-(W, B)预合金粉末,其工艺为：1523K,2.5小时,130MPa+1603K,0.5小时,130MPa。为了对比,利用没有A-Z涂层的20#钢包套在1523K,3小时,130MPa的工艺参数开展了热等静压致密化试验。利用扫描电镜、电子探针等设施对获得的压坯进行了观测和分析。结果表明：A-Z涂层的加入可以防止脆性金属间化合物的形成。在热等静压过程中,20#钢包套中的Fe原子无法通过扩散的方式与TiAl基合金中的钛原子和铝原子相遇。因此,20#钢包套在热等静压过程中的可靠性得到了保证。此外,通过利用添加A-Z涂层的钢包套获得了完全致密的TiAl基合金压坯。压坯呈现出了近全片层类型的微观组织,其室温下的抗拉强度和延伸率也分别突破了590MPa和2.0%。     

机械合金化合成NiAl/HfB_2复合材料的组织与力学性能

球磨Ｎｉ,Ａｌ;Ｈｆ和Ｂ元素粉末反应合成ＮｉＡｌ／ＨｆＢ２复合材料,形成机制归结为机械碰撞诱发的自蔓延反应．采用 热压和热等静压工艺将纳米双相复合粉末压制成较密实的块体材料,进而研究其微观组织与力学性能．结果表明“反应球磨＋热 压”制备的ＮｉＡｌ／ＨｆＢ２复合材料基体晶粒细小,原位生成的弥散相颗粒主要分布于基体晶界,其强化效果显著而对塑性的削弱 作用较小;不同温度下的压缩屈服强度均远高于铸态ＮｉＡｌ,且压缩变形量均超过１０％;高温下材料的屈服强度依赖于应变速率, 用线性回归方法计算出的应力指数ｎ和变形激活能Ｑ高于单相ＮｉＡｌ,与含弥散相比例较高的ＸＤ ＮｉＡｌ－２０％ＴｉＢ２（体积分数） 复合材料相当．     

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。     

最先进的热等静压烧结技术

芬兰土尔库的Nefoy公司已经开发出新一代高温真空和过压炉系列的烧结热等静压装置．这种卧式装置炉特别适合用于热等静压烧结·生产硬质材料，诸如硬质合金、重金属和现代工程陶瓷．热等静压烧结系列炉的工作瘟度是1650℃（生产陶瓷时2200℃），过压为3．6或10MPa。标准高温区容积为3～540升。由于所有六个温区的温度完全单独控制，设计时就注意到控制各高温区之间联口的热对流量；因此温度的均匀性非常好，同时有明显的节能效果。设计的第一台样机是按用户提供的硬质合金热等静压烧结工艺参数制造的。在试生产中，每600kg硬质合金成品所…     

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。     

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.     

扩散连接件宏观变形的防止原理及其改进方案

连接温度限制的条件下,压力是影响扩散连接的最主要参数,为保证扩散连接的快速进行,通常需要较大的连接压力,焊件的宏观变形就成为扩散连接的主要问题。通过降低压力或均匀受压是解决宏观变形问题的主要方法,从而发展改进了瞬时液相扩散连接和热等静压扩散连接。瞬时液相扩散连接可以在较低的压力下实现快速焊接从而保证焊件不变形;热等静压扩散连接的均匀施压过程则可以在较大的压力保证焊接不变形的条件下实现连接。     

含液相固体压力作用下的耦合变形行为研究

以耦合变形的凝固工艺为背景,基于ABAQUS提供的流体单元模拟了含液相固体在压力作用下的耦合变形行为.液相被视为粘性不可压材料,将液固界面划分成离散的流体单元,代表液相区对固体外壳的等静压作用.为了对比研究,文章还对实圆柱体、不含液相的圆柱壳体压缩变形进行了数值模拟.对不同情况下,压缩结束时材料内部的等效塑性应变分布规律、液固相耦合变形时液相区的等静压随耦合变形的变化规律,以及变形过程中载荷随压缩量的变化情况进行了系统研究.结果表明,实圆柱体内空腔存在与否对载荷及材料的塑性流动有显著影响,而圆柱空腔内存在液体与否对压缩量小于30%时的载荷变化影响不大.     

射线照相检测研究TC4钛合金铸件热等静压缺陷演变

通过射线照相检测对TC4钛合金铸件内部常见缺陷及其在热等静压前后的演变进行分析,结果表明：TC4钛合金铸件内部大部分闭合孔洞类缺陷经热等静压均可消除,内部缺陷底片上显示消失;少量的夹杂类和非闭合孔洞类缺陷未压合,在底片上与热等静压前缺陷显示基本一致;个别缩孔缺陷部分压合或表面压陷,极少量的大尺寸缩孔缺陷压缩变形为线性缺陷,在底片上缺陷显示形态发生变化。由于线性缺陷的结构特征在射线照相检测时易导致影像对比度下降,进而影响缺陷的检出率,因此应在热等静压前对易产生缩孔部位进行射线照相检测并将大尺寸缩孔清除补焊,避免热等静压后缩孔压缩变形造成缺陷漏检。     

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。     

粉末冶金Ta合金中的隐性胞状结构

采用Ta-W-Hf预合金化粉末通过冷等静压成型、热等静压和高温退火工艺制备了Ta—W-Hf合金块材，讨论了热等静压和后续的高温退火处理对合金性能的影响。发现在低的热等静压温度下，材料具有较高的强度和硬度，但塑性较低；提高热等静压温度或进行高温退火处理，可以大幅度提高拉伸延伸率和断面收缩率，同时伴随着强度的降低。分析表明，产生这种现象的主要原因是合金中的氧元素在原料颗粒中分布不均匀，并保留在热等静压成形后的块体材料中，形成了一个无相变的隐性硬壳的胞状结构。高温退火处理可以消除这种结构。     

热等静压成形Inconel 718粉末合金的显微组织和力学性能

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法(electrode induction melting gas atomization,EIGA)制备了Inconel718预合金粉末，并利用SEM对合金粉末进行了表征，通过预合金粉末热等静压工艺制备了Inconel 718粉末合金坯料并测试了力学性能。研究结果表明，镍基合金Inconel 718易于制得化学成分满足要求的洁净粉末，但热等静压过程中碳化物形成元素扩散至粉末表面，并以氧化物为核心生成包含Ti和Nb的碳化物以及Ni3Nb的硬质薄膜，形成粉末高温合金的原始颗粒边界(prior particle boundaries,PPBs)，使粉末合金的塑性、韧性和持久性能低于锻造合金。通过后续工艺抑制或消除热等静压过程中产生的原始颗粒边界可显著提升材料的综合力学性能。     

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。     

DP-GH4169合金在热变形中片层状δ相的球化行为及动力学模型

通过OM、TEM和热模拟压缩实验等分析测试方法，对DP-GH4169合金在热变形过程中片层状δ相的球化行为及动力学模型进行了研究。结果表明：片层状δ相的溶解行为主要为Nb原子由δ/γ相界到达基体γ的长程扩散控制；在热变形过程中，溶解对于片层状δ相的球化行为影响较小，片层状δ相的临界球化应变εc取决于变形温度和应变速率；在热模拟压缩实验范围内，片层状δ相的临界球化应变εc为0.04～0.10，且随着变形温度升高和应变速率降低而减小；热变形中片层状δ相的球化体积分数与热变形参数之间满足Avrami方程。