Per abordar els components complexos necessaris en camps com l'aeroespacial, la fosa en pols resol eficaçment els reptes tècnics inherents a la fosa de precisió, com ara les cavitats de contracció, la porositat i la segregació de la composició, així com nombrosos problemes associats a les peces forjades de soldadura. Actualment, en la producció d'aliatges de Ti2AlNb mitjançant la metal·lúrgia en pols, ens centrem en els paràmetres del procés de premsat isostàtic en calent (HIP) (temps, temperatura, pressió), els processos posteriors de tractament tèrmic i deformació en calent, i l'estudi de la microestructura i el rendiment dels aliatges en pols i les dimensions dels components formats. La nostra empresa ha preparat la pols pre-aliatge de Ti2AlNb mitjançant el procés d'elèctrodes rotatius de plasma (PREP) i després ha produït aliatges en pols de Ti2AlNb mitjançant el procés de premsat isostàtic en calent de pols.
Mètode de preparació de l'aliatge en pols de Ti2AlNb: la pols pre-de Ti2AlNb amb una mida de partícula inferior a 250 μm es carrega en una funda cilíndrica d'acer de baix-carboni en un entorn atmosfèric. Després de la compactació, la soldadura per punts, la desgasificació al buit i la soldadura de segellat, el premsat isostàtic en calent (HIP) es completa en un forn de premsat isostàtic en calent tipus RD(Z)-1-850 de l'Institut d'Investigació de l'Acer Haopu Technology Co., Ltd., per obtenir palanques de metal·lúrgia en pols. Procés de premsa isostàtica en calent: la temperatura del forn s'eleva a 1030 graus, la pressió és superior a 140 MPa, el temps de retenció és de 2 a 4 h i, a continuació, el forn es refreda. Procés de tractament tèrmic: les condicions de tractament tèrmic de la solució són de 980 graus durant 2 h, seguida de refredament del forn, amb un temps a temperatura ambient no inferior a 1 h. Les condicions de tractament tèrmic d'envelliment són de 890 graus durant 4 h, seguits de refredament del forn, amb un temps a temperatura ambient no inferior a 1 h. Després de la pressió isostàtica en calent, la funda i el nucli exteriors s'eliminen mitjançant mecanitzat i fresat químic per obtenir peces d'impulsor tancades d'aliatge de titani. La figura següent mostra la relació de muntatge i la imatge física de la funda i el nucli de l'impulsor tancat experimental.
Fig. Relació de muntatge i diagrama físic del nucli de la màniga de l'impulsor envoltat.
Les propietats de tracció es van provar a 650 graus mitjançant una màquina de prova universal electrònica CMT5305, segons GB/T 228.2-2015 "Materials metàl·lics, proves de tracció-Part 2: mètode de prova d'alta temperatura"; La vida de fluència es va provar a 650 graus /360 MPa mitjançant una màquina de prova de fluència electrònica controlada RD-100 micro-, segons GB/T 2039-2012 "Materials metàl·lics, mètode de prova de fluència de tracció uniaxial"; les dimensions de la mostra tant per a les proves de tracció com de fluïdesa eren de 5 mm de diàmetre i 25 mm de longitud de calibre, amb almenys dues mostres paral·leles. Les mostres d'aliatge en pols de Ti2AlNb, després del muntatge i el poliment, es van gravar amb reactiu Kroll (3% HF + 6% HNO{3 + 91% H2O, fracció de volum) i es van obtenir imatges SEM mitjançant un microscopi electrònic d'escaneig d'emissió de camp TESCAN MIRA4. L'anàlisi EBSD es va realitzar en un SEM de tipus Thermo Quattro S equipat amb una sonda de difracció de retrodispersió d'electrons (EBSD) i el programari de processament de dades va ser HKL Channel 5. La porositat de l'aliatge Ti2AlNb premsat isostàticament en calent es va caracteritzar mitjançant un sistema de microtomografia de raigs X VersaXRM-500 (Micro-CT). L'àrea d'anàlisi del compacte en pols era d'aproximadament Φ1,9 mm × 2,2 mm.
En la fabricació de components de metal·lúrgia en pols, el disseny de l'estructura d'encapsulació és crucial. Un disseny d'estructura d'encapsulació raonable ha d'assegurar-se que totes les parts del compacte en pols es densifiquen i aconsegueixi una forma propera-neta-. Com a contenidor per al premsat isostàtic en calent (HIP) d'aliatges de metal·lúrgia en pols, l'encapsulació afecta directament la qualitat metal·lúrgica i l'aspecte dimensional del producte acabat. A la pràctica, les variacions en els paràmetres del procés durant la densificació HIP poden provocar diferències en el procés de densificació. Especialment quan es fabriquen components grans i complexos, l'estructura d'encapsulació/motlle sol ser relativament complexa, i les diferències en el procés de densificació de la superfície a l'interior del compacte en pols són més pronunciades, fins i tot mostrant un fenomen de "densificació no -uniforme". Aquest fenomen condueix a nivells de densificació inconsistents i deformacions per contracció en diferents parts del component, afectant així les propietats mecàniques del component. Utilitzant pols EIGA, es van fabricar amb èxit diversos tipus de components de metal·lúrgia en pols Ti2AlNb sota un règim HIP de 1030 graus / 140 MPa / 3 h. Les proves van demostrar que la desviació dimensional dels components clau era inferior al 2% i la qualitat superficial era superior a la dels aliatges de fosa. En adoptar un disseny d'estructura d'encapsulació assistida per elements finits-, el procés de densificació tendeix a ser uniforme durant tot el procés de formació de densificació, evitant efectivament el fenomen de "densificació no{-uniforme" i ajudant a garantir la coherència del rendiment global del component.
1) En comparació amb el mètode PREP, la pols pre-aliatge Ti2AlNb preparada pel mètode EIGA té una distribució de mida de partícules més àmplia, un nombre reduït d'esferes de satèl·lit i una densitat d'aixeta més alta.
(2) En comparació amb l'aliatge Ti2AlNb format per la pressió isostàtica en calent de la pols PREP, la resistència a alta temperatura i la vida útil de l'aliatge corresponent a la pols EIGA es redueixen lleugerament, però l'allargament és millor a causa de la major uniformitat de la microestructura. En el procés de preparació de components, els resultats de la simulació d'elements finits mostren que l'impulsor Ti2AlNb preparat per pols EIGA té una contracció més petita i és més adequat per a la premsa isostàtica en calent de components complexos.
(3) Mitjançant simulació d'elements finits per ajudar en el disseny de l'encapsulació, els components complexos de la metal·lúrgia de pols Ti2AlNb es van preparar amb èxit mitjançant pols pre-aliatge EIGA. Els components tenen una gran precisió dimensional i superficial i no tenen defectes metal·lúrgics.
