Ti-5Al-2.5SnELI预合金粉末热等静压致密化行为研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lixjiea875623
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Ti-5Al-2.5Sn ELI是一种α型钛合金,具有良好的低温综合性能,可用于液氢环境中。粉末冶金技术能够制造形状复杂、组织均匀细小的Ti-5Al-2.5Sn ELI部件,在航空航天领域具有重要的工程应用价值。本文利用氩气雾化原理采用EIGA50/500装置(下称为EIGA法)制备了Ti-5Al-2.5Sn ELI预合金粉末,对粉末进行了表征,研究了热等静压工艺参数对粉末致密化、粉末体压坯显微组织和拉伸性能的影响,为热等静压成形粉末冶金Ti-5Al-2.5Sn ELI部件的制备提供了科学依据。   采用EIGA法制备的洁净Ti-5Al-2.5Sn ELI预合金粉末,粒度呈正态分布,粉末形貌以球形为主,存在部分空心粉末和卫星球。粒度越大,粉末的氧含量越少,流动性越好,但粉末的空心率越高,显微组织越粗大,振实密度越小。-60+300目(m)粉末的综合性能较好,选择其用于热等静压成形。   粉末的热等静压致密化分为四个阶段,包括包套屏蔽效应控制的慢速致密化阶段、颗粒位移重排控制的快速致密化阶段、颗粒塑性变形控制的快速致密化阶段、空位扩散控制的慢速致密化阶段。广粒度的粉末,由于粒度匹配性好而颗粒堆积更有效,且小颗粒发生优先变形,促进颗粒协调运动,有利于致密化。粉末体压坯的显微组织一定程度上“遗传”了粉末颗粒的原始组织,粉末粒度越小,压坯的晶粒越细小。包套对粉末致密化有显著的屏蔽效应,屏蔽效应主要取决于包套的尺寸和屈服强度,过厚包套会导致粉末难以全致密化。   热等静压工艺参数对粉末体压坯相对密度、显微组织和包套/粉末体界面反应有重要影响。保温温度和保压压力分别选择在900~940℃和100~150MPa区间,可以有效避免包套/粉末体界面反应层的产生,并获得细小的等轴晶组织。保温保压时间选择在0.5~3h,可基本消除闭合孔隙,得到致密的合金。   致密的、低间隙粉末冶金合金具有良好的室温和低温拉伸性能。在室温和低温下,合金的断裂模式均以韧窝断裂为主,后者的韧窝较浅较小。位错滑移与孪生对低温变形量均作出重大贡献,确保了合金的低温塑性。   0.5%以内的孔隙率对拉伸性能影响不大,而孔隙率超过3%的试样拉伸性能急剧下降;间隙元素含量过高可严重降低合金低温拉伸性能,易导致脆性断裂;800℃成形的试样由于未消除的原始颗粒空心孔隙较多和颗粒间结合不牢固,低温拉伸性能差。
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