Ilmailun kaltaisilla aloilla vaadittavien monimutkaisten komponenttien käsittelemiseksi jauhevalu ratkaisee tehokkaasti tarkkuusvalulle ominaisia teknisiä haasteita, kuten kutistumisonteloita, huokoisuutta ja koostumuksen erottelua, sekä lukuisia hitsaustaontoihin liittyviä ongelmia. Tällä hetkellä Ti2AlNb-metalliseosten valmistuksessa jauhemetallurgialla keskitymme kuumaisostaattisen puristuksen (HIP) prosessiparametreihin (aika, lämpötila, paine), sitä seuraaviin lämpökäsittely- ja kuumamuodonmuutosprosesseihin sekä jauheseosten mikrorakenteen ja suorituskyvyn sekä muotoiltujen komponenttien mittojen tutkimukseen. Yrityksemme on valmistanut esiseostetun Ti2AlNb--jauheen käyttämällä plasmakiertoelektrodiprosessia (PREP) ja valmistanut sitten Ti2AlNb-jauheseoksia jauheen kuumaisostaattisen puristusprosessin avulla.
Ti2AlNb-jauheseoksen valmistusmenetelmä: Esiseostettu Ti2AlNb-jauhe, jonka hiukkaskoko on alle 250 μm, ladataan lieriömäiseen vähähiiliseen-teräsvaippaan ilmakehän ympäristössä. Tiivistyksen, pistehitsauksen, tyhjiökaasunpoiston ja tiivistyshitsauksen jälkeen kuumaisostaattinen puristus (HIP) suoritetaan Steel Research Institute Haopu Technology Co., Ltd.:n RD(Z)-1-850-tyyppisessä kuumaisostaattisessa puristusuunissa jauhemetallurgisten aihioiden saamiseksi. Kuumaisostaattinen puristusprosessi: Uunin lämpötila nostetaan 1030 asteeseen, paine on yli 140 MPa, pitoaika on 2-4 tuntia, minkä jälkeen uuni jäähdytetään. Lämpökäsittelyprosessi: Liuoslämpökäsittelyolosuhteet ovat 980 astetta 2 tunnin ajan, jota seuraa uunijäähdytys, aika huoneenlämpötilaan vähintään 1 h. Vanhennuslämpökäsittelyolosuhteet ovat 890 astetta 4 h, jonka jälkeen uunijäähdytys, aika huoneenlämpötilaan on vähintään 1 h. Kuumaisostaattisen puristuksen jälkeen ulkovaippa ja ydin poistetaan koneistamalla ja kemiallisella jyrsinnällä titaaniseoksesta valmistettujen suljettujen juoksupyörän osien saamiseksi. Alla oleva kuva esittää kokeellisen suljetun juoksupyörän holkin ja sydämen kokoonpanosuhteen ja fyysisen kuvan.
Kuva Suojatun juoksupyörän holkin ytimen kokoonpanosuhde ja fyysinen kaavio.
Vetoominaisuudet testattiin 650 asteessa käyttämällä yleistä elektronista CMT5305-testauskonetta GB/T 228.2-2015 "Metallimateriaalit, vetotestaus-Osa 2: Korkean lämpötilan testausmenetelmä" mukaisesti; virumisen kesto testattiin 650 asteen /360 MPa:ssa käyttämällä RD-100 mikro--ohjattua elektronista virumistestauskonetta GB/T 2039-2012 "Metallimateriaalit, yksiaksiaalinen vetovirumistestimenetelmä" mukaisesti; näytteiden mitat sekä veto- että virumatesteissä olivat halkaisijaltaan 5 mm ja mittapituudeltaan 25 mm, vähintään kahdella rinnakkaisella näytteellä. Ti2AlNb-jauheseosnäytteet syövytettiin asennuksen ja kiillotuksen jälkeen Kroll-reagenssilla (3 % HF + 6 % HNO3 + 91 % H2O, tilavuusosuus), ja SEM-kuvat saatiin käyttämällä TESCAN MIRA4 -kenttäemissiopyyhkäisyelektronimikroskooppia. EBSD-analyysi suoritettiin Thermo Quattro S-tyypin SEM-laitteessa, joka oli varustettu elektronin takaisinsirontadiffraktio (EBSD) -anturilla, ja tietojenkäsittelyohjelmisto oli HKL Channel 5. Kuumaisostaattisesti puristetun Ti2AlNb-lejeeringin huokoisuus karakterisoitiin VersaXRM-500 X-ray mikrotietokonetomografiajärjestelmällä (Micro-CT). Jauhetiivisteen analyysialue oli noin Φ1,9 mm × 2,2 mm.
Jauhemetallurgisten komponenttien valmistuksessa kapselointirakenteen suunnittelu on ratkaisevan tärkeää. Kohtuullisen kapselointirakenteen suunnittelun on varmistettava, että jauhepuristeen kaikki osat tiivistyvät ja saavuttavat lähes -verkko-muodon. Jauhemallurgisten metalliseosten kuumaisostaattisen puristuksen (HIP) säiliönä kapselointi vaikuttaa suoraan valmiin tuotteen metallurgiseen laatuun ja ulkonäköön. Käytännössä prosessiparametrien vaihtelut HIP-tiivistyksen aikana voivat johtaa eroihin tiivistysprosessissa. Erityisesti valmistettaessa suuria, monimutkaisia komponentteja, kapselointi/muotin rakenne on yleensä suhteellisen monimutkainen, ja erot tiivistymisprosessissa jauhetiivisteen pinnasta sisäpuolelle ovat selvempiä, jopa "epätasaisen tiivistymisen" ilmiönä. Tämä ilmiö johtaa epäyhtenäisiin tiivistymistasoihin ja kutistumien muodonmuutoksiin komponentin eri osissa, mikä vaikuttaa komponentin mekaanisiin ominaisuuksiin. EIGA-jauhetta käyttämällä valmistettiin onnistuneesti erilaisia Ti2AlNb-jauhemetallurgian komponentteja HIP-järjestelmässä 1030 astetta / 140 MPa/3 h. Testaus osoitti, että avainkomponenttien mittapoikkeama oli alle 2 % ja pinnan laatu oli parempi kuin valuseosten. Ottamalla käyttöön äärellisten elementtien-avusteisen kapselointirakenteen suunnittelun, tiivistysprosessi pyrkii olemaan yhtenäinen koko tiivistymisprosessin ajan, mikä välttää tehokkaasti "epätasaisen tiivistymisen" ilmiön ja auttaa varmistamaan komponentin yleisen suorituskyvyn johdonmukaisuuden.
1) PREP-menetelmään verrattuna EIGA-menetelmällä valmistetulla esiseostetulla Ti2AlNb-jauheella on laajempi hiukkaskokojakauma, pieni määrä satelliittipalloja ja suurempi välitiheys.
(2) Verrattuna PREP-jauheen kuumaisostaattisella puristamalla muodostettuun Ti2AlNb-seokseen, EIGA-jauhetta vastaavan lejeeringin korkean lämpötilan lujuus ja virumiskesto heikkenevät hieman, mutta venymä on parempi mikrorakenteen tasaisemman johdosta. Komponenttien valmistusprosessissa elementtisimulaatiotulokset osoittavat, että EIGA-jauheen valmistamalla Ti2AlNb-siipipyörällä on pienempi kutistuvuus ja se soveltuu paremmin monimutkaisten komponenttien kuumaisostaattiseen puristukseen.
(3) Käyttämällä elementtisimulaatiota auttamaan kapseloinnin suunnittelussa monimutkaisia Ti2AlNb-jauhemetallurgian komponentteja valmistettiin menestyksekkäästi käyttämällä esiseostettua EIGA--jauhetta. Komponenttien mitta- ja pintatarkkuus on korkea, eikä niissä ole metallurgisia vikoja.
