粉末热等静压成形TA7 ELI高承压泵壳体的性能和尺寸控制

基于粉末热等静压近净成形技术,在930℃/120 MPa/3 h的条件下开展了TA7 ELI(超低间隙)高承压泵壳体的成形研究,通过两批次粒度存在差异的粉末(粉末表面为胞晶形貌,D_(50)为67μm、74μm)分析了制粉时的粒度波动对成形材料力学性能的影响,并结合有限元仿真手段开展了高承压泵壳体的粉末收缩规律研究。此外,根据高承压泵在液体火箭发动机中的实际服役情况,对近净成形的高承压泵毛坯进行解剖,分析了特征截面位置的显微组织及硬度分布情况。结果表明,粉末热等静压近净成形技术制备的TA7 ELI合金力学性能达到锻件水平,粉末粒度波动对合金力学性能无显著影响,高承压泵壳体的显微组织均匀,特征截面的硬度值波动小,壳体内部流道关键尺寸实测结果与模拟预测结果的最大偏差为5.37%。

粉末冶金TA7 ELI合金的制备及其界面反应层

采用Ti-5A1-2.5Sn ELI(TA7 ELI)洁净预合金粉末通过热等静压(HIP)致密化工艺制备TA7 ELI合金。利用粒度仪和扫描电镜等对粉末的粒径分布、形貌和化学成分进行表征。利用金相显微镜分析热等静压后TA7 ELI合金的显微组织,利用电子探针分析包套和粉末反应层的元素分布。结果表明:粉末的平均粒度约为80μm,形貌呈球形;经1000℃、130 MPa、3 h热等静压后,材料的相对密度达到理论密度的99.5%,获得平均晶粒直径约为40μm的细小等轴晶组织;包套与TA7 ELI粉末界面反应层厚度为3～8μm,反应层富集Al和Sn元素,Fe元素沿TA7 ELI晶界快速扩散,在界面附近呈网状分布。