旋转锻造加工高比重W-Ni-Fe合金的退火工艺研究

使用粉末冶金工艺制备Ni/Fe为7∶3的W-Ni-Fe高比重钨合金,在使用旋转锻造方法进行形变强化后进行热处理。结果表明,锻造态W-Ni-Fe合金经过一定温度的锻后退火,强度有所提高,而塑性下降。样品的强度在一定的退火温度和保温时间范围内能得到提升,更高温度和更高时间的保温会使样品强度下降。不同钨含量的W-Ni-Fe合金,强度提升最大的退火温度和时间条件不同。SEM图像显示,退火前样品钨颗粒因旋转锻造变形呈现长条状织构,退火后钨颗粒的形状无明显变化。这些现象说明,锻造变形的合金样品经过锻后退火发生应变时效现象,使强度得到提升。研究明确了不同钨含量的W-Ni-Fe合金最佳的锻后退火工艺参数。

Co含量及烧结温度对97W-Ni-Fe合金组织和性能的影响

钨基高比重合金因具有高密度、高强度、良好的塑性与韧性、优异的耐腐蚀性等综合性能,被广泛应用于航空航天、兵器、机械等各领域。本研究采用金属粉末注射成形技术制备97W-Ni-Fe合金,研究了不同Co含量和烧结温度对97W-Ni-Fe合金微观组织、密度、抗拉强度、延伸率和硬度的影响。结果表明,添加适量Co能够改善97W-Ni-Fe合金中钨颗粒与粘结相的润湿性,起到活化烧结的作用,降低烧结温度,提高合金相对密度;Co对合金的相组成影响不大,添加Co和未添加Co的两种合金相组成基本一致,均由W相和(Fe,Ni,Co)固溶体组成,没有金属间化合物出现。当Co含量为0.2%(质量分数)时,在氢气气氛下,烧结温度为1495℃、保温1 h,制备的97W-Ni-Fe合金具有最优异的性能,其相对密度为99.1%、抗拉强度为938 MPa、延伸率为11.3%和洛氏硬度为29.5。

化学蚀刻参数对激光粉末床熔化钛合金多孔结构表面残粉去除效果的影响

目的采用超声辅助化学蚀刻的方法,去除激光粉末床熔化(Laser Beam Powder Bed Fusion,L-PBF)技术成形的多孔结构表面残粉,提升多孔结构的表面精度和质量。方法利用超声辅助化学蚀刻试验平台,探究溶液配比、蚀刻时间、蚀刻温度对粉末去除效果的影响。对比分析不同工艺参数处理后的试件表面形貌、支杆直径、质量变化。结果超声辅助可以显著提升化学蚀刻后的表面质量;蚀刻温度在30~60℃范围内,试件蚀刻后的尺寸精度最高;采用溶液体积比为HF∶HNO_(3)∶H_(2)O=4∶14∶82,加热温度为50℃,蚀刻9 min,试件的尺寸精度误差可低至0.24%。结论通过蚀刻时间与溶液浓度的合理配比,可以有效去除试件表面的残粉,提升试件的表面质量,残粉去除率达到了91.9%;通过增加酸性溶液浓度、控制溶液温度,可以将蚀刻效率提升2倍以上,同时达到有效去除残粉和提升蚀刻效率的效果。

Fe含量对粉末冶金Cu-Fe合金显微组织与性能的影响

研究Fe含量对粉末冶金Cu-Fe合金显微组织及性能的影响。采用电火花等离子烧结、冷轧以及时效处理工艺制备4种不同铁含量(5%、10%、20%和40%,质量分数)的Cu-Fe合金。研究结果表明,随着Fe含量从5%(质量分数)增加到40%(质量分数),Fe相由离散球形分布演变为连续交错分布,Fe相尺寸从0.29μm增加到1.20μm;时效态的Cu-Fe合金的屈服强度从411.5 MPa提高到788.8 MPa,电导率从62.5%(IACS)降低到42.0%(IACS)。在以上结果的基础上,提出一种混合法则计算Cu基体、初级Fe相和次级Fe相对屈服强度的贡献,可较好地预测Fe含量高于10%(质量分数)合金的力学性能。

W元素在新型镍基粉末高温合金中的强化作用

通过真空感应熔炼(VIM)棒料+电极感应熔炼氩气雾化(EIGA)制粉+热等静压(HIP)成形+热处理(HT)工艺制备三种W含量(质量分数4.1%、6.1%和8.1%)的新型镍基粉末高温合金实验锭坯。以此锭坯为对象,结合金属材料相图计算及材料性能模拟软件JMatPro 6.5计算,利用SEM、EBSD和XRD分析W含量对热处理态锭坯显微组织(如晶粒尺寸、退火孪晶、γ′强化相及错配度)的影响,测试分析不同温度下合金的拉伸性能,通过经验公式量化分析各强化机制对合金室温屈服强度的贡献情况。结果表明,随着W含量增加,γ基体层错能明显降低,热处理态退火孪晶界Σ3数量增多;W促使晶内一次γ′强化相由立方状加速粗化为固态枝晶状,对γ′总量和二次、三次γ′的影响不大;W进入γ基体产生晶格畸变的程度大于γ′强化相,使得γ′/γ错配度呈下降趋势;W有助于提高室温和650~800℃拉伸强度,但略微降低塑性;W主要起固溶强化、γ/γ′共格应变强化和晶界强化作用,其中固溶强化贡献相对最低,固溶强化时以强化γ基体为主,γ基体固溶强化和γ/γ′共格应变强化效果随W含量增加而减弱,W含量为6.1%时晶界强化效果最大;固溶强化、γ/γ′共格应变强化和晶界强化贡献值总和不足室温屈服强度实测值的50%,合金以γ′相沉淀强化为主,测试值和计算值较为吻合。

航天用镍基高温合金粉末床熔融技术研究进展

采用激光粉末床熔融技术(LPBF)制造镍基高温合金具有较大的生产潜力,在航空航天领域有着广泛的应用,因此这一技术受到了高度关注。近年来,为了更好地了解LPBF-镍基高温合金的性能和使用极限,相关学者对其开展了大量的研究工作。本文基于近年来多项LPBF-镍基高温合金的研究,阐述了该领域的研究目标和重要发现,并列举了LPBF镍基高温合金在航天工业中的具体应用。总体分析了工艺参数和热处理对镍基高温合金及其复合材料增材构件组织及力学性能的影响,以及LPBF过程中常用的建模方法及研究进展。最后,对LPBF-镍基高温合金的未来发展方向提出了展望。

氢化脱氢工艺的控制对锆合金粉末性能的影响

文章以海绵锆为原料,首先选取氢化脱氢工艺制备纯度高、流动性良好及粒度分布可控的锆合金粉末,然后详细介绍了氢化工艺、氢化锆粉制备工艺、脱氢工艺和锆合金粉制备工艺,最后探讨研究制备过程工艺条件及参数对粉末性能的影响。文章结果表明,选取600℃作为锆合金氢化温度,可以实现锆锭氢化完全;采用颚式破碎机和锤式破碎机对氢化锆块进行破碎,氢化锆粉粒径分布范围集中,可以满足海绵锆锭的脆化;真空度为3×10^(-3)Pa、脱氢温度为700℃是较优的脱氢工艺参数;采用内部带肋片的滚筒钝化机钝化锆合金粉,可改善锆合金粉末体的不规则形貌,制备出流动性良好及粒度分布可控的锆合金粉末,并且锆合金粉的氧、氢、氮等杂质含量满足锆粉对杂质含量要求。

激光粉末床熔融Inconel718合金工艺优化与组织演变

【目的】分析能量密度对激光粉末床熔融镍铁基高温合金(Inconel718,IN718)显微组织的主要影响,以期提高激光粉末床熔融IN718的致密度。【方法】采用田口方法和方差分析方法优化激光功率、扫描速度、扫描间距,得到高致密合金样品激光功率-扫描速度-扫描间距的关系模型,并对模型得到的结果进行验证。【结果】扫描间距对样品的相对密度影响最大,贡献率为38.31%;在研究范围内,熔池尺寸与体能量密度成正比,Al和Ti元素在晶界处有明显的微观偏析,能促进液膜开裂,从而导致裂纹等缺陷的形成。【结论】设计的模型将有助于建立一种高效的LPBF制备Inconel718合金工艺。

粉末装载量对W-Ni-FeMIM合金喂料粘度及力学性能的影响

对粉末装载量对ＷＮｉＦｅＭＩＭ合金喂料的粘度及力学性能的影响进行了研究，发现喂料粘度随粉末装载量的升高而增大，但不同粉末装载量喂料的应变敏感性因子基本一致，呈现基本相同的假塑性体流变行为。ＷＮｉＦｅ喂料存在一最佳粉末装载量，此时合金力学性能最好，低于或高于这个粉末装载量都使得合金力学性能降低。

粉末冶金Ti-6Al-3Mo-1Zr钛合金的微观组织和力学性能

采用粉末冶金工艺制备出一种具有细小组织的Ti-6Al-3Mo-1Zr合金,通过X射线衍射仪、扫描电镜及拉伸试验等研究了热压烧结温度对该合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:在烧结温度1000℃下制备的Ti-6Al-3Mo-1Zr合金具有细小组织和较优的力学性能,其原始β晶粒尺寸、α集束尺寸和α片层厚度分别为176μm、49μm和1.49μm,室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为895 MPa、823 MPa和12.7%,强化机制主要为固溶强化、Hall-Petch效应和α/β界面强化。由于Mo元素可降低钛合金的高温扩散系数,因此,Ti-6Al-3Mo-1Zr合金的原始β晶粒尺寸、α集束尺寸和α片层厚度均小于相同工艺条件下制备的Ti-6Al-4V合金,其室温及高温强度、加工硬化率和塑性均优于Ti-6Al-4V合金。

不同喷丸强度对FGH96粉末高温合金表面完整性的影响研究

粉末高温合金涡轮盘由于长期在高温高应力等极端环境下服役,通常需对其表面进行喷丸强化处理,以满足严苛的性能需求。基于此,本文系统研究了不同喷丸强度对镍基粉末合金FGH96的表面完整性的影响。结果表明,经喷丸处理后,合金近表层晶粒发生细化,产生了一层硬化层,并在表层引入了较大的残余压应力。此外,在合金近表面产生了塑性变形层,其深度随喷丸强度增加而增加,由原始状态下的5μm增加到0.25 mmA喷丸强度下的117μm。随喷丸强度的增加,合金的表面粗糙度、表面硬度值、硬化层深度、表层残余压应力和残余应力层深均呈增加趋势。该研究结果可为粉末高温合金喷丸强化工艺的设计和选取提供一定的数据基础。

高温氧化对粉末高温合金微观结构和疲劳性能影响研究

为了探究涡轮盘用粉末高温合金表面氧化对其低周疲劳性能的影响,分别针对第三代镍基粉末高温合金的粗晶(Coarse grain,CG)和细晶(Fine grain,FG)材料开展氧化时间对其疲劳性能影响机理的研究。通过在700℃空气环境下开展不同时长的高温预氧化实验和低周疲劳(Low-cycle fatigue,LCF)实验,使用SEM和EDS表征LCF断口、表面氧化层结构成分及其强化相形貌变化,揭示LCF裂纹萌生机理。实验结果表明,氧化层厚度随氧化时间而增加,氧元素以氧化侵入的形式进入基体;相同氧化时间下,CG抗氧化性能优于FG;疲劳裂纹萌生于氧化侵入和亚表面夹杂物等应力集中部位,在实验温度下LCF寿命受氧化作用和夹杂物共同影响;高温氧化作用下氧化层呈现分层结构,外层为NiO,中间层为含有Cr_(2)O_(3),TiO_(2)等复杂氧化物及尖晶石相(NiCr_(2)O_(4))的混合层,内层为Al_(2)O_(3);CG二次γ’相氧化后平均尺寸增加,FG二次γ’相平均尺寸没有明显的变化,但两种组织氧化后在晶界附近均观察到长条状的二次γ’相,表明高温氧化作用下晶界优先遭到破坏。

激光粉末床熔融M2052合金成形特性及组织性能研究

M2052合金能够吸收外部振动能量,实现对机械系统减振降噪。利用激光粉末床熔融制备M2052合金有望满足航空航天精密设备的服役需求。本研究系统探究了M2052合金的基础成形工艺特性,揭示其缺陷形成原因,分析其显微组织和物相组成并在此基础上对拉伸性能进行评价。结果表明,激光粉末床熔融M2052合金成形工艺窗口极窄,欠熔合的产生归因于激光输入能量不足,裂纹的产生与不当的工艺参数组合有关。沉积态合金呈现出精细的胞状枝晶微观结构及柱状晶生长趋势,具有明显的[100]晶粒取向,并形成了单一γ-(Mn,Cu)固溶体。室温拉伸的屈服强度为(345±5)MPa、抗拉强度为(404±2)MPa、伸长率为5.21%±0.57%,表现出脆性断裂特征,大量微裂纹和孔洞形成是M2052合金脆性断裂的主要原因。

粉末床熔融钛合金的表面抛光技术研究进展

粉末床熔融钛合金作为一种重要的金属材料,在航空航天、医疗器械以及汽车等领域得到广泛应用。然而,由于特殊的材料性质和加工方法,其表面质量与性能仍然是制约其应用的关键问题之一。对粉末床熔融钛合金的表面抛光技术研究进展进行了综述,介绍了化学抛光、电化学抛光、等离子电解抛光、激光抛光和机械抛光等技术的研究进展。这些技术为粉末床熔融钛合金的表面质量和性能满足不同应用需求提供了选择,同时还对复合抛光技术及相关技术发展进行了展望。

激光粉末床熔融成形高性能Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的显微组织演变及力学性能

系统研究时效温度对激光粉末床熔融成形Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金显微组织及力学性能的影响。结果表明,成形态合金组织致密且无裂纹,平均晶粒尺寸为3.51μm,屈服强度为(547±3)MPa。经300℃时效后,合金组织中析出大量尺寸为2~3 nm且与基体共格的Al3Sc纳米颗粒。时效样品的屈服强度提升至(616±4)MPa,这得益于合金中的析出强化、固溶强化和晶界强化。当时效温度超过300℃时,部分Mn和Zr从固溶体中析出,形成Al6Mn和Al3(Sc,Zr)相。经500℃时效后,合金中Al6Mn相和Al3(Sc,Zr)相分别粗化至约600和30nm。此,合金的屈服强度下降至(372±3) MPa。

粉末冶金制备22Cr-ODS合金的高温氧化行为研究

采用粉末冶金热等静压工艺制备了氧化物弥散强化FeCrAl合金,探究在1000℃空气环境中合金的高温氧化行为。通过X射线衍射、扫描电子显微镜等对合金在1000℃氧化不同时间后的氧化层表面成分、物相及截面成分、厚度等进行研究,结果表明:该工艺制备的22Cr-ODS合金在1000℃空气环境中能够形成完整致密的α-Al_(2)O_(3)表面氧化层,氧化10 h、25 h、50 h、100 h、200 h后氧化层厚度分别为0.52μm、0.91μm、1.42μm、1.47μm和1.76μm,合金内部晶粒未发生明显粗化,表明该合金具有良好的高温抗氧化性能和组织稳定性。

预合金化粉末制备钛基复合材料研究进展

钛基复合材料(TMCs)以其高强度、高比模量、优良的耐磨性和耐热性,成为航空航天等领域广泛使用的先进结构材料。粉末冶金(PM)和增材制造(AM)作为TMCs的常见先进制备工艺,因其具有高材料设计自由度和材料利用率而备受青睐。然而,这些工艺在增强相分布、尺寸及结构方面的局限性,使得TMCs的力学性能提升面临挑战。预合金化粉末为TMCs提供了新颖的增强相结构,可以将TiC、TiB等陶瓷颗粒细化至纳米级并均匀分布,显著细化材料,同时,还可以与一次粉末边界(PPB)网络结构结合,实现增强相的多级分布,为PM和AM工艺在优化TMCs的强塑性方面开辟新的途径。基于此背景,本文综述了利用预合金化粉末制备PM TMCs和AM TMCs的研究进展,介绍了预合金化粉末的制备工艺,并探讨了其带来的新型结构与性能优化效果。最后,总结了该工艺在当前阶段面临的突出问题,并展望了未来的研究方向和发展趋势。

激光粉末定向能量沉积AlCoCrFeNi高熵合金涂层的工艺、组织与力学性能

采用激光粉末定向能量沉积技术制备AlCoCrFeNi高熵合金涂层,研究了激光功率、扫描速率及搭接率等工艺参数对涂层成形特性、组织及力学性能的影响规律。研究结果表明,随着激光功率的增加,单道涂层的熔宽增大,而余高和熔深先增大后减小。随着扫描速率的增加,熔宽、余高和熔深均出现不同程度的降低。随着搭接率的升高,稀释现象逐渐减弱。搭接率为33%和50%的沉积层组织以等轴晶为主,而搭接率为67%的沉积层组织以枝晶为主。激光定向能量沉积的高G/R及二次退火效应造成了多道涂层存在亚晶结构。AlCoCrFeNi涂层大幅提升了Q235基材的表面硬度,硬度从167(HV)增加到500(HV)以上。搭接率为50%的涂层硬度最高,超过550(HV)。多道涂层的低稀释效应和独特的微观组织使其硬度明显高于单道涂层的硬度。为了兼顾成形效率和低稀释率,可选用激光功率为2200 W、送粉速率为10 mm/s和搭接率为50%的工艺条件制备AlCoCrFeNi高熵合金涂层。

粉末粒径分布与形貌对激光选区熔化GH4169合金高温性能的影响

本研究采用两批不同粉末粒度分布和形貌的GH4169粉末进行激光粉床熔合(LPBF)。结果表明:粉末平均粒径的增大导致加工窗口变窄,增加了对熔合缺陷缺乏的敏感性。同时,卫星粉降低了粉末的流动性,最终导致熔合缺陷的缺乏。粉末形貌方面,较低的粉末球形度抑制了LPBF铺粉过程中的粉末流动,使得打印零部件更容易产生缺陷。除了致密化外,通过电子背散射衍射(EBSD)分析表征了粉末质量对LPBF制备的GH4169晶粒尺寸的影响,但没有观察到晶粒尺寸的明显差异。由于粉末粒度分布和形貌的改善,2#批粉末的持久寿命比1#提升了130%,延展率提升了470%。同时,2#批次的650℃屈服强度比1#批次也提升了85MPa。

超声波法制备银合金粉末的研究

光谱分析用标准样品在标准样品的发展中逐渐占主导地位,贵金属标准样品因成分偏析等因素使其标准样品难以制备。粉末冶金技术可制备出成分均匀、晶粒细小的合金,优质粉末的制备可为标准样品的制备提供原料基础。本文借助超声波清洗机对银合金进行振动,探究能否制得银合金粉末,并通过测试分析结果探究该方法能否达到细化晶粒的效果。实验分别从形态、粒径与晶粒、化学成分三个方面来进行对比说明,通过使用偏光显微镜、扫描电镜及能谱仪对银合金及银合金粉末进行观察测试,X射线荧光光谱仪对化学成分结果进行验证。使用超声波振动银合金制备银合金粉末,作为一种新型的制备银合金粉末的方法,超声功率达到600 W时,可以制备出平均粒径为9.54μm的粉末,其中超过70%的银合金粉末小于10μm。银合金的平均晶粒尺寸为22.5μm,说明超声波振动银合金具备细化晶粒的条件,结合形态和成分测试观察结果,说明通过制备粉末的方式既可以细化晶粒,也可以改善组织均匀性。