鈦合金熱等靜壓近凈成形過程數(shù)值模擬及制件性能研究.pdf

1、經(jīng)熱等靜壓工藝處理的制件具有均勻的組織和良好的力學性能,在航空航天等特殊領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。結(jié)合模具和粉末冶金工藝,應(yīng)用熱等靜壓可實現(xiàn)復雜結(jié)構(gòu)零件的近凈成形。金屬粉末受熱等靜壓高溫高壓作用,短流程致密成一定形狀的復雜零件。但該過程中,粉末發(fā)生較大收縮,還伴隨不規(guī)則形變,應(yīng)用數(shù)值模擬方法預測變形對于成形精度及性能控制至關(guān)重要。本文對熱等靜壓近凈成形過程模擬中大型稀疏方程組的存儲及求解進行了理論分析論證,并重點探討了鈦合金粉末熱等靜壓近凈成形過程

2、中粉末致密化行為及變形規(guī)律等基礎(chǔ)內(nèi)容。
　　采用鈦合金粉末熱等靜壓近凈成形工藝制造薄壁筒形匣型件,設(shè)計了隨形和內(nèi)型芯兩種模具方案。模擬與試驗發(fā)現(xiàn),隨形模具時零件整體收縮,但由于內(nèi)外壁壓力差筒形零件整體向內(nèi)偏移,尺寸誤差達8％左右;內(nèi)型芯模具時零件內(nèi)壁無變形和移動,尺寸誤差低于1%。熱等靜壓近凈成形的匣型件相對致密度達99.8%;微觀組織顯示,靠近外包套壁處為100μm左右尺度的等軸α相,其余組織為條狀α+β相,條狀α寬度一般為2～

3、8μm,長度20～30μm;同爐拉伸件抗拉強度達1000Mpa。對比結(jié)果顯示,設(shè)計合理的控形模具可利用熱等靜壓近凈成形可得到性能優(yōu)異的薄壁筒形匣型件。研究顯示,采用內(nèi)型芯方案獲得的制件的尺寸精度高,滿足近凈成形的形狀要求,是由于控形模具對熱等靜壓過程粉末體的收縮方向控制得當較好的尺寸精度,且內(nèi)部尺寸完全無誤差。
　　研究了兩種工藝(高溫1100℃、110Mpa及910℃、110Mpa)下鈦合金粉末熱等靜壓近凈成形制件的微觀組織及宏

4、觀力學性能。在1100℃和110Mpa下保溫三個小時,制件微觀組織呈現(xiàn)較粗大的長條狀α+β組織,且α+β相較均勻,各向異性,因此無明細的方向性,無孔洞和裂紋等缺陷,晶粒大小達到20μm左右,長度約為30μm左右;抗拉強度達920Mpa,宏觀力學性能超過了鑄件水平,接近鍛件水平。經(jīng)910℃和110Mpa保溫3小時,獲得的制件微觀組織細小而均勻,由部分的等軸狀的α+β組織及細小的長條狀的α+β構(gòu)成,條狀α相長度僅為15μm左右;抗拉強度達到

5、1130Mpa,較前種工藝強度提高了22.8%,整體達到甚至超過了鍛件水平。主要是由于熱等靜壓過程在高溫1100℃保溫時,超過了兩相轉(zhuǎn)變溫度,晶粒急劇長大,導致力學性能下降。
　　對拉伸斷口進行分析,研究鈦合金粉末熱等靜壓制件在單向拉伸條件下的失效機理。斷口形貌顯示,鈦合金熱等靜壓制件呈現(xiàn)典型的塑性斷裂,斷口有明顯縮頸,內(nèi)部包括纖維區(qū)、發(fā)散區(qū)及剪切唇區(qū)。高倍顯微發(fā)現(xiàn)了較大尺寸的韌窩,保證了了良好的韌性,延伸率為19.2%,斷面收縮