Za rješavanje složenih komponenti potrebnih u područjima kao što je zrakoplovstvo, lijevanje u prahu učinkovito rješava tehničke izazove koji su svojstveni preciznom lijevanju, kao što su šupljine skupljanja, poroznost i segregacija sastava, kao i brojni problemi povezani sa zavarivanjem otkovaka. Trenutno se u proizvodnji legura Ti2AlNb metalurgijom praha fokusiramo na parametre procesa vrućeg izostatičkog prešanja (HIP) (vrijeme, temperatura, tlak), naknadnu toplinsku obradu i procese vruće deformacije te proučavanje mikrostrukture i performansi legura u prahu i dimenzija oblikovanih komponenti. Naša tvrtka pripremila je prethodno legirani prah Ti2AlNb pomoću procesa plazma rotirajuće elektrode (PREP), a zatim proizvela legure praha Ti2AlNb postupkom vrućeg izostatičkog prešanja u prahu.
Metoda pripreme Ti2AlNb legure u prahu: Ti2AlNb prethodno{2}}legirani prah s veličinom čestica ispod 250 μm stavlja se u cilindrični omotač od nisko{4}}ugljičnog čelika u atmosferskom okruženju. Nakon zbijanja, točkastog zavarivanja, vakuumskog otplinjavanja i brtvenog zavarivanja, vruće izostatičko prešanje (HIP) dovršeno je u peći za vruće izostatičko prešanje tipa RD(Z)-1-850 Instituta za istraživanje čelika Haopu Technology Co., Ltd., kako bi se dobile gredice metalurgije praha. Vrući izostatički proces prešanja: temperatura peći se podiže na 1030 stupnjeva, tlak je veći od 140 MPa, vrijeme držanja je 2-4 h, a zatim se peć hladi. Proces toplinske obrade: Uvjeti toplinske obrade otopine su 980 stupnjeva tijekom 2 sata, nakon čega slijedi hlađenje u peći, s vremenom do sobne temperature od najmanje 1 sata. Uvjeti toplinske obrade starenja su 890 stupnjeva tijekom 4 sata, nakon čega slijedi hlađenje u peći, s vremenom do sobne temperature od najmanje 1 sata. Nakon vrućeg izostatičkog prešanja, vanjski omotač i jezgra uklanjaju se strojnom obradom i kemijskim mljevenjem kako bi se dobili zatvoreni dijelovi impelera od legure titana. Donja slika prikazuje odnos sklopa i fizičku sliku eksperimentalnog zatvorenog rukavca rotora i jezgre.
Slika. Odnos sklopa i fizički dijagram omotane jezgre rukavca rotora.
Vlačna svojstva ispitana su na 650 stupnjeva pomoću elektroničkog univerzalnog ispitnog stroja CMT5305, prema GB/T 228.2-2015 "Metalni materijali, ispitivanje na vlak-2. dio: Metoda ispitivanja na visokoj temperaturi"; otpornost na puzanje ispitana je na 650 stupnjeva /360 MPa pomoću RD-100 micro-kontroliranog elektroničkog uređaja za ispitivanje puzanja, prema GB/T 2039-2012 "Metalni materijali, jednoosna metoda ispitivanja puzanja"; dimenzije uzorka za ispitivanja na vlačnost i na puzanje bile su 5 mm u promjeru i 25 mm u mjernoj duljini, s najmanje dva paralelna uzorka. Uzorci legure u prahu Ti2AlNb, nakon montiranja i poliranja, jetkani su Krollovim reagensom (3% HF + 6% HNO3 + 91% H2O, volumni udio), a SEM slike su dobivene pomoću TESCAN MIRA4 skenirajućeg elektronskog mikroskopa s emisijom polja. EBSD analiza provedena je na Thermo Quattro S-type SEM opremljenom sondom za difrakciju povratnog raspršenja elektrona (EBSD), a softver za obradu podataka bio je HKL Channel 5. Poroznost vruće izostatički prešane legure Ti2AlNb karakterizirana je korištenjem sustava VersaXRM-500 X-ray mikrokompjutorske tomografije (Micro-CT). Područje analize praha je približno Φ1,9 mm × 2,2 mm.
U proizvodnji komponenti metalurgije praha, dizajn strukture za inkapsulaciju je ključan. Razuman dizajn strukture inkapsulacije treba osigurati da su svi dijelovi kompaktnog praha zgusnuti i da se postiže gotovo-neto-oblikovanje. Kao spremnik za vruće izostatičko prešanje (HIP) legura metalurgije praha, inkapsulacija izravno utječe na metaluršku kvalitetu i dimenzijski izgled gotovog proizvoda. U praksi, varijacije u procesnim parametrima tijekom HIP zgušnjavanja mogu dovesti do razlika u procesu zgušnjavanja. Osobito kada se izrađuju velike, složene komponente, struktura inkapsulacije/kalupa obično je relativno složena, a razlike u procesu zgušnjavanja od površine do unutrašnjosti praha su izraženije, čak pokazujući fenomen "ne-jednolikog zgušnjavanja". Ova pojava dovodi do nedosljednih razina zgušnjavanja i deformacije skupljanja u različitim dijelovima komponente, što utječe na mehanička svojstva komponente. Koristeći EIGA prah, različite vrste Ti2AlNb komponenti metalurgije praha uspješno su proizvedene pod HIP režimom od 1030 stupnjeva /140 MPa/3 h. Ispitivanje je pokazalo da je dimenzijsko odstupanje ključnih komponenti manje od 2%, a kvaliteta površine bila je bolja od kvalitete lijevanih legura. Usvajanjem dizajna inkapsulacije potpomognute-konačnim elementima, proces zgušnjavanja nastoji biti ujednačen kroz cijeli proces zgušnjavanja, učinkovito izbjegavajući fenomen "ne-jednolikog zgušnjavanja" i pomažući u osiguravanju konzistentnosti ukupne izvedbe komponente.
1) U usporedbi s metodom PREP, prethodno legirani prah Ti2AlNb pripremljen EIGA metodom ima širu distribuciju veličine čestica, mali broj satelitskih sfera i veću gustoću usisavanja.
(2) U usporedbi s Ti2AlNb legurom koja je nastala vrućim izostatičkim prešanjem PREP praha, visoko{2}}temperaturna čvrstoća i vijek trajanja legure koji odgovara EIGA prahu malo su smanjeni, ali je istezanje bolje zbog veće ujednačenosti mikrostrukture. U procesu pripreme komponenata, rezultati simulacije konačnih elemenata pokazuju da impeler Ti2AlNb pripremljen EIGA prahom ima manje skupljanje i prikladniji je za vruće izostatičko prešanje složenih komponenata.
(3) Korištenjem simulacije konačnih elemenata kao pomoći u dizajnu kapsulacije, složene Ti2AlNb metalurške komponente praha uspješno su pripremljene korištenjem EIGA prethodno-legiranog praha. Komponente imaju visoku dimenzijsku i površinsku točnost i nemaju metalurških nedostataka.
