航空宇宙などの分野で必要とされる複雑な部品に対処するために、粉末鋳造は、引け巣、気孔率、組成偏析などの精密鋳造に固有の技術的課題や、溶接鍛造に関連する多くの問題を効果的に解決します。現在、粉末冶金を使用した Ti2AlNb 合金の製造では、熱間静水圧プレス (HIP) プロセス パラメーター (時間、温度、圧力)、その後の熱処理および熱間変形プロセス、粉末合金の微細構造と性能、および成形部品の寸法の研究に重点を置いています。当社は、プラズマ回転電極プロセス (PREP) を使用して Ti2AlNb プレ合金粉末を準備し、その後粉末熱間静水圧プレスプロセスを通じて Ti2AlNb 粉末合金を製造しました。
Ti2AlNb 粉末合金の調製方法: 粒径 250 μm 未満の Ti2AlNb プレ合金粉末-を、大気環境中で円筒形の低炭素鋼シース-に充填します。圧縮、スポット溶接、真空脱ガス、シール溶接の後、鉄鋼研究所 Haopu Technology Co., Ltd.の RD(Z)-1-850 型熱間静水圧プレス炉で熱間静水圧プレス (HIP) が完了し、粉末冶金ビレットが得られます。熱間静水圧プレスプロセス: 炉の温度を 1030 度に上げ、圧力を 140 MPa 以上にし、保持時間を 2 ～ 4 時間にしてから炉を冷却します。熱処理プロセス: 溶体化熱処理条件は 980 度で 2 時間、その後、室温まで 1 時間以上の時間をかけて炉冷却します。時効熱処理条件は、890 度で 4 時間、その後、室温まで 1 時間以上の時間をかけて炉冷却します。熱間静水圧プレス後、機械加工とケミカルミリングによって外側のシースとコアを除去し、チタン合金製の密閉インペラ部品を製造します。以下の図は、実験用の密閉型インペラスリーブとコアの組み立て関係と物理イメージを示しています。
図 シュラウド付きインペラスリーブコアの組立関係と物理図。
引張特性は、GB/T 228.2-2015「金属材料、引張試験-パート 2: 高温試験方法」に従って、CMT5305 電子万能試験機を使用して 650 度で試験されました。クリープ寿命は、GB/T 2039-2012「金属材料、単軸引張クリープ試験方法」に従って、RD{20}}100 マイクロ-制御の電子クリープ試験機を使用して 650 度 /360 MPa で試験されました。引張試験とクリープ試験の両方の試験片の寸法は、直径 5 mm、ゲージ長 25 mm で、少なくとも 2 つの平行な試験片を使用しました。 Ti2AlNb 粉末合金サンプルは、取り付けて研磨した後、Kroll 試薬 (3% HF + 6% HNO3 + 91% H2O、体積分率) でエッチングされ、TESCAN MIRA4 電界放射型走査型電子顕微鏡を使用して SEM 画像が取得されました。 EBSD 分析は、電子後方散乱回折 (EBSD) プローブを備えた Thermo Quattro S タイプ SEM で実行され、データ処理ソフトウェアは HKL Channel 5 でした。熱間静水圧プレスされた Ti2AlNb 合金の気孔率は、VersaXRM-500 X 線マイクロコンピューター断層撮影 (Micro-CT) システムを使用して特性評価されました。粉末成形体の分析エリアは約Φ1.9mm×2.2mmであった。
粉末冶金コンポーネントの製造では、カプセル化構造の設計が重要です。合理的なカプセル化構造設計では、粉末圧縮体のすべての部分が緻密化され、ニア-ネット-形状の形成が達成されるようにする必要があります。粉末冶金合金の熱間静水圧プレス (HIP) 用の容器として、カプセル封入は最終製品の冶金的品質と寸法外観に直接影響します。実際には、HIP 緻密化中のプロセスパラメータの変動により、緻密化プロセスに差異が生じる可能性があります。特に大型で複雑な部品を製造する場合、封止/モールド構造は通常比較的複雑であり、粉末成形体の表面から内部までの緻密化プロセスの差がより顕著になり、「不均一な緻密化」という現象さえも現れます。-この現象は、コンポーネントのさまざまな部分で一貫性のない密度レベルや収縮変形を引き起こし、コンポーネントの機械的特性に影響を与えます。 EIGA 粉末を使用して、さまざまなタイプの Ti2AlNb 粉末冶金部品を 1030 度/140 MPa/3 時間の HIP 方式で製造することに成功しました。テストの結果、主要コンポーネントの寸法偏差は 2% 未満であり、表面品質は鋳造合金よりも優れていることがわかりました。有限要素-支援カプセル化構造設計を採用することにより、緻密化プロセスは緻密化形成プロセス全体を通じて均一になる傾向があり、「不均一な緻密化」現象を効果的に回避し、コンポーネントの全体的な性能の一貫性を確保するのに役立ちます。-
1) PREP 法と比較して、EIGA 法で調製された Ti2AlNb プレ合金粉末は粒度分布が広く、サテライト球の数が少なく、タップ密度が高くなります。
(2) PREP 粉末の熱間静水圧プレスによって形成された Ti2AlNb 合金と比較して、EIGA 粉末に対応する合金の高温強度とクリープ寿命はわずかに低下しますが、微細構造の均一性が高いため、伸びは優れています。コンポーネントの準備プロセスでは、有限要素シミュレーションの結果から、EIGA 粉末で準備された Ti2AlNb インペラの収縮が小さく、複雑なコンポーネントの熱間静水圧プレスに適していることがわかりました。
(3) カプセル化の設計を支援するために有限要素シミュレーションを使用し、EIGA プレ合金粉末を使用して複雑な Ti2AlNb 粉末冶金コンポーネントを調製することに成功しました。-コンポーネントは寸法精度と表面精度が高く、冶金学的欠陥がありません。
