i-6a1-4v霧化預合金粉的粉末工藝研究

鈦和鈦合金具有強度高、耐腐蝕性好、耐腐蝕性好等優點。廣泛應用于航空、航空航天、船舶、化工等領域。它被稱為“現代金屬”和“戰略金屬”。傳統的鈦合金冶金工藝周期長、能耗大,導致鈦合金價格昂貴,阻礙其廣泛的應用。鍛造方法制得的鈦合金零部件雖然力學性能較好,但材料浪費大,零部件加工成本高,且受加工條件的限制,難以制成形狀復雜的零件,鑄造雖可以減少材料浪費,獲得形狀相對復雜的零件,但在鑄造過程中,零部件容易產生成分偏析、縮孔、縮松等鑄造缺陷。從而導致鑄造制得的零件力學性能不好。而與鍛造、鑄造相比較,通過熱等靜壓(HIP)制成的鈦合金零部件,具有優異的力學性能,且節約成本,幾乎可以實現零部件的近凈成型。同時制得的零件致密度高,幾乎可以達到100%。在此基礎上,本文對預合金粉在熱等靜壓條件下制取的TC4鈦合金進行了研究,鈦合金的性能與它的微觀組織形貌有著密不可分的關系,而微觀組織形貌取決于合金的機械熱處理工藝。本文研究不同固溶溫度、時效時間、時效溫度對熱等靜壓制得的試樣力學性能的影響。1實驗部分1.1傳壓介質及溫度熱等靜壓設備為QIH-32型熱等靜壓機,有效爐膛尺寸為!390mm×1200mm,工作壓力可達到160MPa,分上、中、下三個區,對工作區溫度進行測控,傳壓介質采用N2、Ar氣。1.2原料粉的準備制取試樣的氣體霧化粉成分見表1。1.3試樣的測定氣體霧化粉末通過940℃、130MPa、保溫保壓2h的熱等靜壓處理后,制成#80mm×100mm的試樣。整個實驗工藝:霧化法制取預合金粉→包套密封→包套檢漏→包套的抽空及封焊→將工件裝入熱等靜壓爐內→抽真空并用氬氣洗爐→升壓→加熱→保壓→切斷爐子電流→用氣壓機泵送回氣體→開缸→取出包套模具→機加工剝去包套→粉末鈦合金制件→線切割試驗試樣→熱處理→進行力學試驗→組織性能分析。1.4拉伸試樣的加工室溫拉伸性能測試在WDW-03萬能電子力學實驗機上進行,按GB/T228-2002進行實驗。將試樣加工成標準拉伸試樣。測試不同熱處理狀態下的σb、σ0.2、δ5、#。2結果與分析2.1固溶時效對tc4鈦合金等軸拉伸性能的影響用預合金粉制備的Ti-6A1-4V粉末鈦合金試樣在相同的時效制度(500℃×6h+AC)、不同固溶溫度保溫30min水冷后的拉伸性能見表2,金相組織見圖1。由表2和各種固溶溫度下的金相組織分析可看出,隨固溶溫度的升高,抗拉強度越來越大,伸長率隨固溶溫度的升高而減小。經固溶時效處理后TC4鈦合金的力學性能比HIP態有所提升,固溶溫度越接近相變點,室溫拉伸性能對溫度的影響越大,與固溶溫度對組織的影響規律成對應關系。固溶溫度較低時,等軸α顆粒粗大,可以開動的滑移系較多,當塑性變形時,不致于在個別晶粒中引起應力集中,表現為較好的塑性。隨著固溶溫度的升高,組織中等軸α相數量愈來愈多,變得細小,從而導致強度增大,塑性降低。2.2工藝和時效組織根據不同固溶溫度處理下對鈦合金抗拉強度及塑性指標的綜合分析,選用固溶溫度為935℃,研究時效溫度對試樣力學性能的影響。選用相同的固溶處理工藝(935℃+30min+WQ)及相同的時效時間和冷卻方式(6h+AC),只是時效溫度不同,其力學性能見表3。金相組織見圖2。由表3可看出,在相同的固溶處理條件及相同的時效時間時,隨時效溫度的升高強度變小,溫度較低時金相組織基本上由全部的等軸α組織和β相組成,隨著時效溫度的升高,晶粒逐漸變大組織向雙態組織變化,出現了板條狀組織和針狀馬氏體,并且晶粒變得粗大,從而導致室溫力學性能愈來愈低,塑性向相反方向變化。2.3等軸顆粒的晶體結構及組織演變根據不同固溶溫度及時效溫度處理后的結果,研究時效時間對鈦合金力學性能的影響,選用固溶處理935℃+30min+WQ,時效處理采用470℃+空冷,經不同時效時間處理后的力學性能見表4。金相組織見圖3。可看出,在4~6h,隨時效時間的延長,強度增大,6h以后,隨時效時間的延長強度反而下降。等軸α顆粒之間是由亞穩β相組成,其中有較大的晶格畸變。經過時效后,雖然時效的溫度較低,未達到再結晶溫度,但儲存的畸變能也能使等軸α顆粒有些長大,并使其間的亞穩β相開始分解,其彌散強化可能在幾分鐘內就可完成。從金相組織可看出,時效時間短時,析出的次生α條呈細針狀,使得β轉變組織呈淺黑色。而時效時間延長時,細針狀的二次α條通過相界的遷移發生合并長大,變為短片狀形態甚至球化,使得β轉變組織呈灰白色,同時等軸顆粒邊界也變得模糊。強度的變化主要是由于時效對次生α析出相的形態影響不同造成的,強度增高是由于次生α相的數量和尺寸增加引起的,而強度下降主要是由于次生α球化和β相減少引起的。3靜壓工藝的應用(1)TC4預合金粉通過熱等靜壓工藝制得的鈦合金材料,具有良好的力學性能。使得熱等靜壓工藝在這一