Para abordar los componentes complejos requeridos en campos como el aeroespacial, la fundición en polvo resuelve eficazmente los desafíos técnicos inherentes a la fundición de precisión, como las cavidades de contracción, la porosidad y la segregación composicional, así como numerosos problemas asociados con las forjas soldadas. Actualmente, en la producción de aleaciones Ti2AlNb mediante pulvimetalurgia, nos centramos en los parámetros del proceso de prensado isostático en caliente (HIP) (tiempo, temperatura, presión), el tratamiento térmico posterior y los procesos de deformación en caliente, y el estudio de la microestructura y el rendimiento de las aleaciones en polvo y las dimensiones de los componentes formados. Nuestra empresa ha preparado polvo pre-aleado de Ti2AlNb mediante el proceso de electrodo giratorio por plasma (PREP) y luego ha producido aleaciones en polvo de Ti2AlNb mediante el proceso de prensado isostático en caliente del polvo.
Método de preparación de la aleación en polvo de Ti2AlNb: se carga polvo pre-aleado de Ti2AlNb con un tamaño de partícula inferior a 250 μm en una funda cilíndrica de acero con bajo-carbono en un entorno atmosférico. Después de la compactación, la soldadura por puntos, la desgasificación al vacío y la soldadura de sellado, se completa el prensado isostático en caliente (HIP) en un horno de prensado isostático en caliente tipo RD(Z)-1-850 del Steel Research Institute Haopu Technology Co., Ltd., para obtener palanquillas de pulvimetalurgia. Proceso de prensado isostático en caliente: la temperatura del horno se eleva a 1030 grados, la presión es superior a 140 MPa, el tiempo de mantenimiento es de 2 a 4 h y luego se enfría el horno. Proceso de tratamiento térmico: Las condiciones de tratamiento térmico de la solución son 980 grados durante 2 h, seguido de enfriamiento en horno, con un tiempo hasta temperatura ambiente de no menos de 1 h. Las condiciones del tratamiento térmico de envejecimiento son 890 grados durante 4 h, seguido de enfriamiento en horno, con un tiempo hasta temperatura ambiente de no menos de 1 h. Después del prensado isostático en caliente, la funda exterior y el núcleo se eliminan mediante mecanizado y fresado químico para obtener piezas de impulsor cerradas de aleación de titanio. La siguiente figura muestra la relación de ensamblaje y la imagen física del núcleo y el manguito del impulsor cerrado experimental.
Fig. Relación de ensamblaje y diagrama físico del núcleo del manguito del impulsor cubierto.
Las propiedades de tracción se probaron a 650 grados utilizando una máquina de prueba universal electrónica CMT5305, de acuerdo con GB/T 228.2-2015 "Materiales metálicos, pruebas de tracción-Parte 2: Método de prueba de alta temperatura"; la vida de fluencia se probó a 650 grados/360 MPa utilizando una máquina de prueba de fluencia electrónica controlada RD-100 micro-, de acuerdo con GB/T 2039-2012 "Materiales metálicos, método de prueba de fluencia por tracción uniaxial"; Las dimensiones de la muestra para los ensayos de tracción y fluencia fueron de 5 mm de diámetro y 25 mm de longitud calibrada, con al menos dos muestras paralelas. Las muestras de aleación en polvo de Ti2AlNb, después del montaje y el pulido, se grabaron con reactivo de Kroll (3% HF + 6% HNO3 + 91% H2O, fracción de volumen) y se obtuvieron imágenes SEM utilizando un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo TESCAN MIRA4. El análisis EBSD se realizó en un SEM Thermo Quattro tipo S equipado con una sonda de difracción de retrodispersión de electrones (EBSD), y el software de procesamiento de datos fue HKL Channel 5. La porosidad de la aleación Ti2AlNb prensada isostáticamente en caliente se caracterizó utilizando un sistema de tomografía microcomputada de rayos X (Micro-CT) VersaXRM-500. El área de análisis del compacto en polvo fue de aproximadamente Φ1,9 mm × 2,2 mm.
En la fabricación de componentes de pulvimetalurgia, el diseño de la estructura de encapsulación es crucial. Un diseño de estructura de encapsulación razonable debe garantizar que todas las partes del compacto de polvo se densifiquen y alcancen una forma casi-neta-. Como contenedor para prensado isostático en caliente (HIP) de aleaciones de pulvimetalurgia, la encapsulación afecta directamente la calidad metalúrgica y la apariencia dimensional del producto terminado. En la práctica, las variaciones en los parámetros del proceso durante la densificación HIP pueden generar diferencias en el proceso de densificación. Especialmente cuando se fabrican componentes grandes y complejos, la estructura de encapsulación/molde suele ser relativamente compleja y las diferencias en el proceso de densificación desde la superficie hasta el interior del compacto en polvo son más pronunciadas, exhibiendo incluso un fenómeno de "densificación no uniforme". Este fenómeno conduce a niveles de densificación inconsistentes y deformación por contracción en diferentes partes del componente, afectando así las propiedades mecánicas del componente. Utilizando polvo EIGA, se fabricaron con éxito varios tipos de componentes de pulvimetalurgia de Ti2AlNb bajo un régimen HIP de 1030 grados/140 MPa/3 h. Las pruebas demostraron que la desviación dimensional de los componentes clave era inferior al 2 % y la calidad de la superficie era superior a la de las aleaciones fundidas. Al adoptar un diseño de estructura de encapsulación asistida por elementos finitos-, el proceso de densificación tiende a ser uniforme durante todo el proceso de formación de densificación, evitando efectivamente el fenómeno de "densificación no-uniforme" y ayudando a garantizar la consistencia del rendimiento general del componente.
1) En comparación con el método PREP, el polvo pre-aleado de Ti2AlNb preparado mediante el método EIGA tiene una distribución de tamaño de partícula más amplia, una pequeña cantidad de esferas satélite y una mayor densidad de extracción.
(2) En comparación con la aleación Ti2AlNb formada mediante prensado isostático en caliente del polvo PREP, la resistencia a altas temperaturas-y la vida útil de la aleación correspondiente al polvo EIGA se reducen ligeramente, pero el alargamiento es mejor debido a la mayor uniformidad de la microestructura. En el proceso de preparación de componentes, los resultados de la simulación de elementos finitos muestran que el impulsor de Ti2AlNb preparado con polvo EIGA tiene una contracción menor y es más adecuado para el prensado isostático en caliente de componentes complejos.
(3) Utilizando la simulación de elementos finitos para ayudar en el diseño de la encapsulación, se prepararon con éxito componentes complejos de pulvimetalurgia de Ti2AlNb utilizando polvo pre-aleado de EIGA. Los componentes tienen una alta precisión dimensional y superficial y no tienen defectos metalúrgicos.
