气体捕捉法制备泡沫Ti-6Al-4V三明治结构与性能评价

基于气体捕捉法制备泡沫钛三明治结构工艺,对以钢包套+Ti-6Al-4V板+Ti-6Al-4V粉的封装工艺制备的泡沫Ti-6Al-4V三明治结构预制坯进行了900℃下不同变形量的轧制,并进行了950℃/10h的等温发泡。通过SEM对不同状态的三明治结构芯部孔洞状态进行观察和测量,探究了轧制变形量对泡沫Ti-6Al-4V三明治结构预制坯等温发泡行为的影响。结果表明:轧制主要是以沿轧制方向拉长孔洞和增加孔洞连通的方式影响泡沫Ti-6Al-4V三明治结构芯部,且轧制变形量越大越严重,但对孔洞内壁形态及孔洞在垂直于轧向平面内的形态未产生影响。当预制坯轧制变形量为80%时,经等温发泡成功制备了面板厚度为362μm,芯部孔隙率达到40%的泡沫Ti-6Al-4V三明治结构,其在高应变速率下抗压强度达到824.8 MPa,400℃下热导率仅为致密金属的52.8%。

基于气体捕捉法的泡沫Ti-6Al-4V等温发泡规律研究

为了确定气体捕捉法制备泡沫Ti-6Al-4V等温发泡过程中孔隙率和微观孔洞的变化规律,在不同发泡温度及发泡时间下制备了泡沫Ti-6Al-4V.运用阿基米德原理对泡沫Ti-6Al-4V的孔隙率进行测量,通过OM和SEM对其微观特征进行观察.研究表明:泡沫Ti-6Al-4V的孔隙率及孔径均随等温发泡温度升高而增加;但当发泡温度大于950℃时,孔隙率和孔径均减小,且孔洞形态由球形变成多边形,这是由于基体内生成大尺寸β相造成的.增加发泡时间能以促进孔洞长大的方式提高泡沫Ti-6Al-4V的孔隙率,球形孔洞数量随着发泡时间的增加逐渐增多.经950℃/10 h发泡得到了孔隙率34.2%、孔径平均值156μm、孔洞为球形且分布弥散的泡沫Ti-6Al-4V.

封装条件对气体捕捉法制备泡沫Ti-6Al-4V的影响

通过改变封装阶段氩气压力及粉末粒径,制备不同类型致密化的预制坯,并进行不同温度下20 h等温发泡实验。运用阿基米德原理对发泡后坯料孔隙率进行测量,通过SEM对坯料内部微观特征进行观察,并对大孔孔径及单位截面积内孔洞数量进行统计,研究封装氩气压力及粉末粒径对预制坯等温发泡行为的影响。研究结果表明：适当增加封装氩气压力可以使预制坯发泡后孔径增大及孔洞数量增多,但过高的封装氩气压力及过大的粉末粒径均不利于预制坯发泡。较理想的初始封装条件为：氩气压力0.4 MPa,粉末粒径75~150μm。其经过980℃/100 MPa/4 h热等静压后制备的预制坯在950℃/20 h等温发泡后能够得到平均孔隙率达到29.2%的泡沫Ti-6Al-4V,大孔孔径平均值达到143μm,基体内孔洞成球形且弥散分布。

氢辅助气体捕捉法制备泡沫Ti-6Al-4V及其机理研究

对气体捕捉法制备泡沫Ti-6Al-4V过程中未发泡的坯料进行置氢处理,然后再进行等温发泡。运用阿基米德原理对发泡后坯料孔隙率进行测量。通过OM和SEM对坯料内部微观特征进行观察。研究氢对坯料等温发泡过程的影响规律及作用机制。结果表明:质量分数为0.15%的氢能将坯料最佳发泡温度降低60℃,即在890℃下孔隙率可达到32.88%(体积分数),孔径达到160μm,孔洞分布弥散的泡沫Ti-6Al-4V。主要机理:氢以降低坯料(α+β)/β相转变温度的方式,提高基体内塑性较好的β相比例,并能在一定程度上软化α相,降低坯料高温流变应力,进而降低最佳发泡温度。

泡沫钛蠕变发泡动力学研究

通过对基于气体捕捉法制备的泡沫钛发泡过程进行分析,推导出泡沫钛蠕变发泡动力学方程,影响泡沫钛孔隙率的主要因素是发泡温度和基体的蠕变抗力。通过实验获取了不同温度条件下,孔隙率与发泡时间的关系曲线,并建立了其动力学曲线;利用金相显微镜对泡沫钛基体的微观组织进行了分析。研究表明,虽然发泡速率与发泡温度成正比,与基体材料蠕变抗力成反比,但是随着温度的升高,发泡速率并没有一直增加,原因是基体材料的微观组织结构也在发生变化,导致其蠕变抗力随温度的升高先减小后增大,由此证明了上述动力学曲线的合理性。