Ti_(2)AlNb合金粉末热等静压成形的组织和性能

分别采用等离子旋转电极雾化法(Plasma rotating electrode process,PREP)和无坩埚感应熔炼超声气体雾化法(Electrode induction melting gas atomization,EIGA)制备了Ti_(2)AlNb洁净预合金粉末,并对预合金粉末进行了表征。通过热等静压(Hot isostatic pressing,HIP)工艺制备了Ti_(2)AlNb合金,研究了制粉工艺对Ti_(2)AlNb合金显微组织与力学性能的影响。试验结果表明,与PREP法相比,EIGA法制备的Ti_(2)AlNb粉末振实密度更高;基于粉末热等静压近净成形技术,在1030℃/140 MPa/3 h的条件下开展了Ti_(2)AlNb叶轮的成形研究,有限元模拟结果显示,粉末振实密度越高,部件热等静压后变形程度越小,综合考虑构件成形,优选振实密度更高的EIGA制粉工艺制备Ti_(2)AlNb粉末合金复杂部件。

等静压陶瓷生坯镗孔加工技术研究

陶瓷生坯加工技术由于具有加工效率高、加工费用低、刀具磨损小而被广泛应用于复杂陶瓷零件制备成型中,但是刀具的使用寿命、瓷坯的表面质量等都是等静压复杂瓷坯加工中面临的关键挑战。本文首先通过刀具优化,确定了适宜等静压坯体加工的镶嵌金刚石刀具,研究发现镶嵌金刚石刀片具有很好的耐磨损性能,单片加工瓷坯的数量较硬质合金刀具提高了200%,且坯体表面光洁度得到了明显改善,解决了等静压坯体加工表面质量差的问题。其次,通过改进钻孔工艺,即将钻头钻孔改为内圆镗孔刀镗孔操作,不仅大大降低了刀具因加工过程产生的过热现象,提高了刀具切削效率,而且显著降低内外圆加工余量,提高生产效率。

热等静压对一种激光增材制造镍基高温合金组织与性能的影响

以ZGH451合金为研究对象,利用OM、SEM、EBSD等手段研究了热等静压前后的微观组织和力学性能。结果表明,经热等静压工艺处理后,ZGH451合金试样熔池消失,微观组织仍为柱状晶,晶粒尺寸和方向基本和沉积态试样保持一致,未出现再结晶和晶粒长大现象。合金显微缺陷大量减少,微孔体积分数由0.226 5%下降至0.000 512 5%,有效直径由80μm下降至13.5μm。随着热等静压处理温度的升高,位错密度逐渐降低。经热等静压工艺处理后,残余应力从拉应力变为压应力,抗拉强度未发生明显改变;维氏硬度和断后拉伸率大幅上升,HIP1180工艺处理的ZGH451合金维氏硬度从HV 411上升至HV 430,增加了4.7%;断后伸长率提高了35.29%。经过合适的热等静压工艺处理后,使ZGH451合金获得了良好的拉伸性能。

热等静压工艺提升铸件致密度的研究

热等静压可作为一种在惰性气体环境中利用高温高压在密闭空间中对铸件进行处理的特殊热处理技术。介绍了铸件经过热等静压后处理对其显微组织和致密度的影响,以及热等静压工艺过程中时间、温度和压力的控制以消除铸件内部封闭孔隙,减少铸件缺陷,显著提升铸件致密度。

热等静压工艺对Yb:YAG复合激光晶体性能影响

由于施压不均匀、升温时温场分布不均匀等因素,键合晶体键合面上会产生气泡、孔洞、裂纹等缺陷。将热等静压技术与热键合技术结合,控制热等静压参数,可减少或消除键合晶体烧结后的内部缺陷。对键合晶体在不同温度、压强、恒温时间进行热等静压实验,并通过弯曲强度、维氏硬度、透过光谱和光学均匀性测试对热等静压后的元件进行表征。借助金相显微镜观察键合晶体内部孔隙消除与缺陷的闭合情况,通过分析颗粒间应力变化,研究了热等静压工艺缺陷减少或消除机理。实验结果表明,热等静压后键合晶体元件键合面上的气泡与缺陷大幅度降低,弯曲强度较热等静压前提升185.29%,维氏硬度提升16.14%,透过率和光学均匀性明显提高。

热等静压对12Cr13/304L扩散焊界面组织演化的影响

采用热等静压(Hot isostatic pressing,HIP)工艺对12Cr13/304L进行连接,分析连接界面的微观组织和力学性能。结果表明:HIP工艺有效实现了两种材料的扩散连接,异种金属连接接头结合良好,两侧基体元素发生了明显的互扩散,形成了10μm厚的组织分布均匀的扩散层,扩散层靠近12Cr13一侧存在一定宽度的长条状扩散影响区,此区域为垂直于焊缝的柱状晶。硬度试验结果表明,焊接接头区域硬度接近304L母材硬度,扩散层硬度均匀,无接头硬化现象,这是由于HIP工艺过程中温度缓升缓降,有效改善了12Cr13的硬化现象。室温拉伸试验结果表明,接头抗拉强度略高于母材12Cr13,最大抗拉强度为579 MPa,12Cr13经过HIP工艺处理后,马氏体分解,残留奥氏体发生了转变,碳化物大量析出弥散分布形成了第二相强化机制,使得12Cr13母材和连接接头具有良好的力学性能。

MnGa二元合金等静压电子结构与磁性质的研究

为了研究等静压下非稀土磁性材料MnGa合金的电子结构和磁性质,本文在密度泛函理论计算的基础上系统研究了四方MnGa合金在500 MPa等静压下的晶格结构、生成、自旋电子结构和磁性质。结果表明,四方MnGa合金在500 MPa等静压下更容易生成,呈各向异性压缩性质。合金中异类原子之间的距离较小,同类原子之间的距离较大。四方MnGa合金在500 MPa等静压下的能带结构呈金属性导体型。与Ga的d电子相比,四方MnGa合金中Mn的d电子呈现较高的净磁矩,贡献了体系的剩磁。四方MnGa合金呈现弱的亚铁磁性,在500 MPa等静压下净有效磁矩减小。

热等静压制备TC4合金内筋圆筒件的组织与力学性能

采用有限元模拟技术研究TC4合金内筋筒形件在热等静压(HIP)过程中的致密化行为,通过响应面技术获得优化的HIP工艺参数,并开展优化工艺条件下的HIP实验;分别对HIP制备TC4合金内筋筒形件的不同部位开展致密度、力学性能测试以及微观组织和断口形貌表征。结果表明:TC4合金内筋筒形件的外表面优先致密,筒壁和筒底芯部的致密度最高,HIP压力对致密化的影响高于保温保压时间对致密化的影响;HIP制件筒壁和筒底的组织致密均匀、室温拉伸性能接近,筒壁室温拉伸性能均略优。350℃时,筒壁和筒底的拉伸性能差值进一步缩小,抗拉强度保持率达到近70%。室温和350℃拉伸变形试样均以韧性断裂为主的断裂特征。

真空脱气对热等静压态粉末高温合金热加工性能的影响

以在潮湿环境(90℃/95%RH)和空气环境存储15天并经不同真空脱气参数处理后的FGH96高温合金粉末为原料,采用热等静压技术制备了FGH96高温合金试样,研究了真空脱气处理对热等静压态FGH96粉末高温合金热加工性能的影响,并分析了合金在热压缩过程中的动态再结晶机制。结果表明:当真空脱气处理温度依次为25℃、300℃、600℃和300℃+600℃时,合金的氧含量逐渐降低(最低为约113×10^(-6),比技术标准要求(≤180×10^(-6))的氧含量低37.2%),同时合金的热加工性能逐渐提高;经300℃+600℃真空脱气处理后的90℃/95%RH环境存储粉末,其热等静压态合金的动态再结晶机制以不连续动态再结晶为主,以连续动态再结晶、孪晶辅助动态再结晶和析出相诱导动态再结晶为辅;而经300℃+600℃真空脱气处理后的空气环境存储粉末,其热等静压态合金的动态再结晶机制以不连续动态再结晶为主,难以找到连续动态再结晶形核机制的直接证据。

粉末冶金TC11钛合金的热等静压制备与高周疲劳性能研究

粉末热等静压(HIP)技术可以近净成形高性能钛合金复杂构件,在航空航天领域具有广阔的应用前景。采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备了TC11预合金粉末,并对预合金粉末进行表征;在940℃/140 MPa/3 h条件下HIP成形了TC11坯体。采用OM、SEM、拉伸、冲击和旋转弯曲疲劳等手段对HIP坯体的显微组织和力学性能进行表征,研究了微气孔对HIP坯体疲劳性能的影响。结果表明,HIP坯体接近理论全致密,组织细小均匀,静力学性能接近甚至部分指标超越锻造合金,旋转弯曲高周疲劳强度(107周次)为590 MPa;空心粉形成的微气孔导致高周疲劳寿命呈现二重性,疲劳加载条件下,表面微气孔会优先成为裂纹萌生的位置,显著降低HIP坯体的高周疲劳寿命。

热等静压对激光选区熔化成形GH4169合金组织与高温性能的影响

GH4169合金通常于高温环境下服役,增材制造的GH4169合金高温性能往往低于锻件标准,影响其服役安全性,有必要通过热处理手段提高其安全性。采用激光选区熔化技术(SLM)制备GH4169合金,利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等表征手段,探究热等静压热处理工艺对SLM成形GH4169合金微观组织、高温拉伸性能和高温持久性能的影响。结果表明:与常规热处理工艺相比,经过热等静压处理后的GH4169合金晶粒为等轴晶,气孔基本消失,Laves相基本消失,短棒状δ相在晶界处更加连续,颗粒状γ''相在晶粒内部大量析出,晶粒得到明显细化。热等静压处理后GH4169合金在扫描方向与沉积方向上的650℃抗拉强度分别为1053 MPa和1051 MPa,断后伸长率分别为8.6%和8.5%;高温持久时间分别为1620 min和2065 min,高温持久时间分别提升了90倍和30倍。高温抗拉强度和高温持久时间均高于锻件的性能指标,断后伸长率尚未超过锻件标准。

钛粉冷等静压影响烧结性能实验研究

这是一篇冶金工程领域的论文。本文选用TiH_(2)粉作为实验原料,研究冷等静压不同压制压强和保压时间下TiH_(2)粉的烧结行为,揭示压制压强和保压时间对TiH_(2)烧结试样收缩率和相对密度的影响,以提高压坯密度和产品性能。研究结果表明:烧结试样收缩率随压制压强增加减小,压制压强达到400 MPa后,压制压强对烧结试样相对密度影响不大,出于制样效率及该冷等静压机压制压强极限考虑,压制压强不宜超过400 MPa;烧结试样收缩率随保压时间增加减小,当保压时间达到20 min后,烧结试样相对密度随着保压时间的延长变化甚微,出于制样效率的考虑,保压时间以15~20 min为宜。

温等静压工艺过程中导热油压力与温度关系研究

为进一步精确等静压生产工艺过程中高压密闭容器内温度变化的控制,提升温等静压工艺精度,结合导热油在温等静压工艺生产使用中升压时温度上升、泄压时温度下降以及工艺过程中的不均匀温度场等现象开展实验研究,从导热油的可压缩性角度出发对导热油进行研究。分析了导热油因压力变化造成密度变化而导致温度变化的形成机理与规律,结合理论和数据分析对导热油温度随压力变化的关系式进行推导,通过开展不同升压速率以及不同初始温度的实验验证了关系式的有效性。该关系式可用于温等静压高压密闭容器的温度计算。

Inconel 718合金粉末热等静压成形及其影响因素

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法(Electrode induction melting gas atomization,EIGA)和真空惰性气体雾化法(Vacuum induction melting gas atomization,VIGA)制备Inconel 718预合金粉末,随后采用热等静压工艺制备Inconel 718合金。研究制粉工艺、粉末粒度及包套结构对Inconel 718合金显微组织和力学性能的影响。研究结果表明,EIGA粉末具有更好的球形度,成形合金力学性能优于VIGA粉末;综合考虑力学性能、得粉率等因素,选择15~106μm粒度范围的粉末作为热等静压用粉末;包套壁厚的增加对作用在粉末上的有效应力产生屏蔽作用,空腔体积变化对致密化过程影响较小;粉末填充过程的长时间振动会导致粉末发生粒度偏析,需要控制粉末填充过程的振动频率和振动时间。

热等静压温度对K424合金构件组织性能的影响

K424合金具有较高的高温强度及塑性,但高Ti、Al含量易造成疏松缺陷的形成,影响材料力学性能。本文采用热等静压工艺处理铸造K424合金,研究了热等静压温度对K424内部缺陷及组织演化的影响,分析了在高温条件下K424合金疏松闭合影响因素,结果表明:1200℃/140 MPa/2 h热等静压可高效消除内部疏松,主要归因于材料在该温度下强度降低及元素扩散能力加强;由于1200℃/140 MPa/2 h热等静压后合金内部缺陷消除,γ′相含量增加、尺寸增大,材料室温力学性能提高。

热等静压及后续热处理对K477合金组织及力学性能的影响

K477合金是沉淀硬化型高温合金,具有良好的高温性能,但在铸造过程中易存在孔隙缺陷。本文研究了不同热等静压温度对合金铸造孔隙闭合影响,探究直接时效与固溶时效对材料组织及性能的影响规律。结果表明,在1180℃/140 MPa的环境下热等静压2 h能有效闭合K477合金铸件内部孔隙,细化γ′强化相。热等静压后,直接时效工艺后γ′相平均尺寸为0.144μm,形貌为球形;固溶时效处理后,γ′相演变为蝶形,其平均尺寸为0.565μm,在合金内部出现了少量固溶微孔。热等静压后固溶时效处理有助于提升合金室温拉伸性能,直接时效处理可增强合金高温力学性能。

热等静压对激光选区熔化增材制造GH3230高温合金微裂纹与组织的影响

为揭示GH3230高温合金的激光选区熔化增材成形性,研究了热等静压对激光选区熔化增材制造GH3230高温合金微裂纹与组织及拉伸性能的影响。结果表明,激光选区熔化增材制造GH3230高温合金沉积态存在凝固微裂纹,该裂纹在XOY截面呈现龟裂特征,在ZOY截面呈现线状;热等静压之后,激光选区熔化增材制造GH3230高温合金的一部分微裂纹可以消除,另一部分较长的微裂纹难以消除。激光选区熔化增材制造GH3230高温合金沉积态组织基本为片状固溶体组织,在晶界附近存在少量析出碳化物;热等静压之后,在晶界附近析出大量的MoWCr碳化物,而晶内析出MoWCr碳化物数量多且尺寸较小。凝固微裂纹导致激光选区熔化增材制造GH3230高温合金沉积态XY方向抗拉强度及延伸率降低,而热等静压能减小大尺寸微裂纹,消除小尺寸微裂纹及气孔,可大幅提高XY方向的抗拉强度和延伸率。

冷喷涂前驱体-热等静压制备致密TiAl金属间化合物

TiAl基合金作为一种可替代传统高温镍基合金的高温轻质材料,因优异特性被作为高推重比先进军用飞机发动机高压压气机及低压涡轮叶片的首选材料,可在高温环境下长期服役。然而,TiAl基合金的传统制备方法如精密铸造、铸锭冶金、粉末冶金、激光增材技术等,均存在成品性能差、加工难度大、工艺复杂和成本高等问题。为克服这些问题,高效制备满足新一代航空发动机轻量化、耐高温服役需求的优异性能TiAl基合金,基于元素粉末冶金法,提出了一种新的制备方法。选用Ti和Al混合粉末,采用冷喷涂法制备TiAl基合金预制体,再结合热等静压烧结技术实现TiAl基合金的复合制备。同时,探究了沉积参数对沉积效率和TiAl基合金涂层成分的影响,研究了不同热等静压参数对TiAl基合金的组织性能的调控作用。结果表明,所制备的TiAl基合金涂层致密无明显缺陷,在压力为5 MPa和温度为500℃的冷喷涂工艺参数下,获得了75%的较高的沉积效率和4%的较小的涂层成分偏差。通过合理调控后续热等静压工艺的温度、压力和升温升压方式等参数,最终实现了组织致密的TiAl基合金制备。该复合制备新方法,避免了TiAl合金粉末本征脆性难以直接冷喷涂成形的缺点,充分发挥了冷喷涂和热等静压技术的优势,有效解决了传统TiAl合金成形难题,为冷喷涂-热等静压近净成形TiAl基合金提供了参考。

热等静压对铝合金铸件冶金质量和组织的影响研究

通过对比热等静压前后铝合金铸件的冶金质量和金相组织的变化,研究了热等静压对铝合金铸件冶金质量和组织致密度的影响。结果表明,铸件经热等静压处理后,可有效修复铸件中的显微缩孔及疏松缺陷,使铸件组织更加致密均匀,但对于严重的海绵状疏松及宏观疏松,热等静压无法使其愈合。

基于热-弹塑性-蠕变-相对密度耦合本构模型的热等静压数值模拟

粉末冶金热等静压近终(净)成形(powder metallurgy hot isostatic pressing to near-not-shape,PM-HIP-NNS)技术用于制备高性能的复杂零部件,在粉末冶金行业具有广阔的应用前景,其致密化过程有特殊的力学行为,需要与数值模拟相结合,以便减少实验过程中试错法造成的物力、财力浪费。本文基于热-弹塑性-蠕变-相对密度耦合本构模型,对SS316L粉体材料在SS304钢包套材料中的压制过程进行了有限元数值模拟,探究热等静压(hot isostatic pressing,HIP)过程中粉末密度场、温度场以及应力场的变化。结果表明:高温高压下金属粉末成形规律的数值模拟与试验相吻合,证实模型可以合理预测金属粉末在高温高压下的变形行为,为粉末HIP工艺优化提供了重要依据。