Για την αντιμετώπιση των πολύπλοκων στοιχείων που απαιτούνται σε τομείς όπως η αεροδιαστημική, η χύτευση σε σκόνη επιλύει αποτελεσματικά τεχνικές προκλήσεις που είναι εγγενείς στη χύτευση ακριβείας, όπως κοιλότητες συρρίκνωσης, πορώδες και διαχωρισμός σύνθεσης, καθώς και πολλά προβλήματα που σχετίζονται με σφυρηλάτηση συγκόλλησης. Επί του παρόντος, στην παραγωγή κραμάτων Ti2AlNb με χρήση μεταλλουργίας σκόνης, εστιάζουμε στις παραμέτρους της διεργασίας θερμής ισοστατικής συμπίεσης (HIP) (χρόνος, θερμοκρασία, πίεση), επακόλουθες διεργασίες θερμικής επεξεργασίας και θερμής παραμόρφωσης και στη μελέτη της μικροδομής και της απόδοσης των κραμάτων σκόνης και των διαστάσεων των σχηματισμένων συστατικών. Η εταιρεία μας έχει παρασκευάσει προ-{4}}κραματοποιημένη σκόνη Ti2AlNb χρησιμοποιώντας τη διαδικασία περιστρεφόμενου ηλεκτροδίου πλάσματος (PREP) και στη συνέχεια παρήγαγε κράματα σκόνης Ti2AlNb μέσω της διαδικασίας θερμής ισοστατικής συμπίεσης σκόνης.
Μέθοδος παρασκευής κράματος σκόνης Ti2AlNb: Η προ-{2}}κραματωμένη σκόνη Ti2AlNb με μέγεθος σωματιδίων κάτω των 250 μm φορτώνεται σε κυλινδρικό περίβλημα χάλυβα χαμηλού-ανθρακούχου σε ατμοσφαιρικό περιβάλλον. Μετά τη συμπίεση, τη σημειακή συγκόλληση, την απαέρωση υπό κενό και τη συγκόλληση σφράγισης, η θερμή ισοστατική συμπίεση (HIP) ολοκληρώνεται σε έναν κλίβανο θερμής ισοστατικής συμπίεσης τύπου RD(Z)-1-850 της Steel Research Institute Haopu Technology Co., Ltd., για τη λήψη τεμαχίων μεταλλουργίας σκόνης. Διαδικασία θερμής ισοστατικής συμπίεσης: Η θερμοκρασία του κλιβάνου αυξάνεται στους 1030 βαθμούς, η πίεση είναι μεγαλύτερη από 140 MPa, ο χρόνος διατήρησης είναι 2–4 ώρες και στη συνέχεια ο κλίβανος ψύχεται. Διαδικασία θερμικής επεξεργασίας: Οι συνθήκες θερμικής επεξεργασίας διαλύματος είναι 980 μοίρες για 2 ώρες, ακολουθούμενες από ψύξη σε φούρνο, με χρόνο έως τη θερμοκρασία δωματίου τουλάχιστον 1 ώρα. Οι συνθήκες θερμικής επεξεργασίας γήρανσης είναι 890 μοίρες για 4 ώρες, ακολουθούμενες από ψύξη σε φούρνο, με χρόνο έως τη θερμοκρασία δωματίου όχι μικρότερη από 1 ώρα. Μετά από θερμή ισοστατική πίεση, το εξωτερικό περίβλημα και ο πυρήνας αφαιρούνται με μηχανική κατεργασία και χημική άλεση για να ληφθούν εξαρτήματα κλειστής πτερωτής από κράμα τιτανίου. Το παρακάτω σχήμα δείχνει τη σχέση συναρμολόγησης και τη φυσική εικόνα του πειραματικού κλειστού χιτωνίου και του πυρήνα της πτερωτής.
Εικ. Σχέση συναρμολόγησης και φυσικό διάγραμμα του τυλιγμένου πυρήνα του χιτωνίου της πτερωτής.
Οι ιδιότητες εφελκυσμού δοκιμάστηκαν στις 650 μοίρες χρησιμοποιώντας μια ηλεκτρονική μηχανή δοκιμών γενικής χρήσης CMT5305, σύμφωνα με το GB/T 228.2-2015 "Μεταλλικά υλικά, δοκιμή εφελκυσμού-Μέρος 2: Μέθοδος δοκιμής υψηλής θερμοκρασίας". Η διάρκεια ζωής ερπυσμού δοκιμάστηκε στους 650 μοίρες /360 MPa χρησιμοποιώντας μια ελεγχόμενη ηλεκτρονική μηχανή δοκιμών ερπυσμού RD{-100 micro-, σύμφωνα με το GB/T 2039-2012 "Μεταλλικά υλικά, μονοαξονική μέθοδος δοκιμής ερπυσμού εφελκυσμού". οι διαστάσεις του δοκιμίου για τις δοκιμές εφελκυσμού και ερπυσμού ήταν 5 mm σε διάμετρο και 25 mm σε μήκος μετρητή, με τουλάχιστον δύο παράλληλα δείγματα. Τα δείγματα κράματος σκόνης Ti2AlNb, μετά την τοποθέτηση και τη στίλβωση, χαράχθηκαν με αντιδραστήριο Kroll (3% HF + 6% HNO3 + 91% H2O, κλάσμα όγκου) και ελήφθησαν εικόνες SEM χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης εκπομπής πεδίου TESCAN MIRA4. Η ανάλυση EBSD πραγματοποιήθηκε σε SEM τύπου S Thermo Quattro εξοπλισμένο με ανιχνευτή διάθλασης οπισθοσκέδασης ηλεκτρονίων (EBSD) και το λογισμικό επεξεργασίας δεδομένων ήταν HKL Channel 5. Το πορώδες του θερμού ισοστατικά συμπιεσμένου κράματος Ti2AlNb χαρακτηρίστηκε χρησιμοποιώντας σύστημα ακτίνων Χ VersaXRM-500 (Microcomputed to). Η περιοχή ανάλυσης του συμπαγούς σκόνης ήταν περίπου Φ1,9 mm × 2,2 mm.
Στην κατασκευή εξαρτημάτων μεταλλουργίας σκόνης, ο σχεδιασμός της δομής ενθυλάκωσης είναι ζωτικής σημασίας. Ένας λογικός σχεδιασμός δομής ενθυλάκωσης πρέπει να διασφαλίζει ότι όλα τα μέρη της συμπαγούς πούδρας συμπυκνώνονται και επιτυγχάνουν σχεδόν-δικτυωτό-σχηματισμό. Ως δοχείο για θερμή ισοστατική συμπίεση (HIP) κραμάτων μεταλλουργίας σκόνης, η ενθυλάκωση επηρεάζει άμεσα τη μεταλλουργική ποιότητα και την εμφάνιση διαστάσεων του τελικού προϊόντος. Στην πράξη, οι διακυμάνσεις στις παραμέτρους της διεργασίας κατά τη διάρκεια της πυκνοποίησης HIP μπορεί να οδηγήσουν σε διαφορές στη διαδικασία πύκνωσης. Ειδικά όταν κατασκευάζονται μεγάλα, πολύπλοκα εξαρτήματα, η δομή ενθυλάκωσης/καλουπιού είναι συνήθως σχετικά πολύπλοκη και οι διαφορές στη διαδικασία συμπύκνωσης από την επιφάνεια στο εσωτερικό του συμπαγούς σκόνης είναι πιο έντονες, παρουσιάζοντας ακόμη και ένα φαινόμενο «μη-μη ομοιόμορφης πυκνότητας». Αυτό το φαινόμενο οδηγεί σε ασυνεπή επίπεδα πυκνότητας και παραμόρφωση συρρίκνωσης σε διάφορα μέρη του εξαρτήματος, επηρεάζοντας έτσι τις μηχανικές ιδιότητες του εξαρτήματος. Χρησιμοποιώντας σκόνη EIGA, κατασκευάστηκαν με επιτυχία διάφοροι τύποι συστατικών μεταλλουργίας σκόνης Ti2AlNb υπό καθεστώς HIP 1030 μοιρών /140 MPa/3 h. Η δοκιμή έδειξε ότι η απόκλιση διαστάσεων των βασικών εξαρτημάτων ήταν μικρότερη από 2%, και η ποιότητα της επιφάνειας ήταν ανώτερη από αυτή των χυτών κραμάτων. Με την υιοθέτηση ενός σχεδίου δομής υποβοηθούμενης ενθυλάκωσης με πεπερασμένα στοιχεία-, η διαδικασία πύκνωσης τείνει να είναι ομοιόμορφη σε όλη τη διαδικασία σχηματισμού συμπύκνωσης, αποφεύγοντας αποτελεσματικά το φαινόμενο της "μη{17}}μη ομοιόμορφης πυκνοποίησης" και συμβάλλοντας στη διασφάλιση της συνέπειας της συνολικής απόδοσης του εξαρτήματος.
1) Σε σύγκριση με τη μέθοδο PREP, η σκόνη Ti2AlNb προ-κράματος που παρασκευάζεται με τη μέθοδο EIGA έχει ευρύτερη κατανομή μεγέθους σωματιδίων, μικρό αριθμό δορυφορικών σφαιρών και μεγαλύτερη πυκνότητα βρύσης.
(2) Σε σύγκριση με το κράμα Ti2AlNb που σχηματίζεται με θερμή ισοστατική πίεση της σκόνης PREP, η αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία και η διάρκεια ζωής ερπυσμού του κράματος που αντιστοιχεί στη σκόνη EIGA είναι ελαφρώς μειωμένες, αλλά η επιμήκυνση είναι καλύτερη λόγω της υψηλότερης ομοιομορφίας της μικροδομής. Στη διαδικασία προετοιμασίας εξαρτημάτων, τα αποτελέσματα της προσομοίωσης πεπερασμένων στοιχείων δείχνουν ότι η πτερωτή Ti2AlNb που παρασκευάζεται από σκόνη EIGA έχει μικρότερη συρρίκνωση και είναι πιο κατάλληλη για θερμή ισοστατική συμπίεση σύνθετων εξαρτημάτων.
(3) Χρησιμοποιώντας την προσομοίωση πεπερασμένων στοιχείων για να βοηθήσει στο σχεδιασμό της ενθυλάκωσης, σύνθετα συστατικά μεταλλουργίας σκόνης Ti2AlNb παρασκευάστηκαν επιτυχώς χρησιμοποιώντας προ-{2}}κραματοποιημένη σκόνη EIGA. Τα εξαρτήματα έχουν υψηλή ακρίβεια διαστάσεων και επιφανειών και δεν έχουν μεταλλουργικά ελαττώματα.
