항공우주와 같은 분야에서 요구되는 복잡한 구성 요소를 해결하기 위해 분말 주조는 수축 공동, 다공성 및 조성 분리와 같은 정밀 주조에 내재된 기술적 과제는 물론 용접 단조와 관련된 수많은 문제를 효과적으로 해결합니다. 현재 분말 야금을 이용한 Ti2AlNb 합금 생산 시 우리는 열간 등압 성형(HIP) 공정 매개변수(시간, 온도, 압력), 후속 열처리 및 열간 변형 공정, 분말 합금의 미세 구조와 성능 및 성형 부품의 치수에 대한 연구에 중점을 두고 있습니다. 당사는 플라즈마 회전 전극 공정(PREP)을 이용하여 Ti2AlNb 예비{4}}합금 분말을 제조한 후, 분말 열간 등압성형 공정을 통해 Ti2AlNb 분말 합금을 생산했습니다.
Ti2AlNb 분말 합금의 제조 방법: 입자 크기가 250 μm 미만인 Ti2AlNb 사전 합금 분말을 대기 환경에서 원통형 저{4}}탄소강 외장에 로딩합니다. 압축, 스폿 용접, 진공 탈기 및 밀봉 용접 후 철강 연구소 Haopu Technology Co., Ltd.의 RD(Z)-1-850 유형 열간 등압 프레스(HIP)를 완료하여 분말 야금 빌렛을 얻습니다. 열간 등방압 프레싱 공정: 퍼니스 온도를 1030도까지 올리고 압력을 140MPa 이상으로 유지하며 유지 시간을 2~4시간으로 한 다음 퍼니스를 냉각합니다. 열처리 공정: 용체화 열처리 조건은 980도에서 2시간, 노 냉각 후 실온까지 1시간 이상 소요됩니다. 시효 열처리 조건은 4시간 동안 890도, 그 다음 노 냉각이며 실온까지의 시간은 1시간 이상입니다. 열간 등압 성형 후 외피와 코어를 가공 및 화학적 밀링으로 제거하여 티타늄 합금 폐쇄형 임펠러 부품을 얻습니다. 아래 그림은 실험적인 폐쇄 임펠러 슬리브와 코어의 조립 관계와 물리적 이미지를 보여줍니다.
그림. 슈라우드 임펠러 슬리브 코어의 조립 관계 및 물리적 다이어그램.
GB/T 228.2-2015 "금속 재료, 인장 시험-파트 2: 고온 시험 방법"에 따라 CMT5305 전자 만능 시험기를 사용하여 650도에서 인장 특성을 시험했습니다. GB/T 2039-2012 "금속 재료, 단축 인장 크리프 테스트 방법"에 따라 RD-100 마이크로- 제어 전자 크리프 시험기를 사용하여 650도/360 MPa에서 크리프 수명을 테스트했습니다. 인장 및 크리프 시험의 시편 치수는 직경 5mm, 표점 길이 25mm였으며 최소 2개의 평행 시편이 있었습니다. 장착 및 연마 후 Ti2AlNb 분말 합금 샘플을 Kroll 시약(3% HF + 6% HNO3 + 91% H2O, 부피 분율)으로 에칭하고 TESCAN MIRA4 전계 방출 주사 전자 현미경을 사용하여 SEM 이미지를 얻었습니다. EBSD 분석은 EBSD(전자 후방 산란 회절) 프로브가 장착된 Thermo Quattro S형 SEM에서 수행되었으며 데이터 처리 소프트웨어는 HKL 채널 5였습니다. 열간 등압 압축된 Ti2AlNb 합금의 다공성은 VersaXRM-500 X선 마이크로 컴퓨터 단층 촬영(Micro-CT) 시스템을 사용하여 특성화되었습니다. 분말 성형체의 분석 면적은 약 Φ1.9mm×2.2mm였다.
분말야금 부품 제조에서는 캡슐화 구조의 설계가 중요합니다. 합리적인 캡슐화 구조 설계는 분말 압축체의 모든 부분이 조밀화되고 거의-순-모양으로 형성되도록 보장해야 합니다. 분말 야금 합금의 열간 등압 성형(HIP)용 용기로서 캡슐화는 완제품의 야금 품질과 치수 외관에 직접적인 영향을 미칩니다. 실제로 HIP 치밀화 중 공정 매개변수의 변화는 치밀화 공정의 차이로 이어질 수 있습니다. 특히 크고 복잡한 부품을 제작하는 경우 일반적으로 봉지/금형 구조가 상대적으로 복잡하고, 분말 성형체 표면에서 내부까지 치밀화 과정의 차이가 더욱 뚜렷해 심지어 '비-치밀화' 현상이 나타나기도 합니다. 이 현상은 부품의 여러 부분에서 일관성 없는 치밀화 수준과 수축 변형을 초래하여 부품의 기계적 특성에 영향을 미칩니다. EIGA 분말을 사용하여 다양한 유형의 Ti2AlNb 분말 야금 구성 요소가 1030도/140MPa/3h의 HIP 체제에서 성공적으로 제조되었습니다. 테스트 결과 주요 부품의 치수 편차는 2% 미만이었고 표면 품질은 주조 합금보다 우수한 것으로 나타났습니다. 유한 요소-지원 캡슐화 구조 설계를 채택함으로써 치밀화 프로세스는 전체 치밀화 형성 프로세스에 걸쳐 균일해지는 경향이 있어 "비-균일 치밀화" 현상을 효과적으로 방지하고 구성 요소의 전체 성능의 일관성을 보장하는 데 도움이 됩니다.
1) EIGA법으로 제조된 Ti2AlNb 예비합금분말은 PREP법에 비해 입자크기 분포가 더 넓고, 위성구의 수가 적으며, 탭밀도가 더 높다.
(2) PREP 분말을 열간 등압 성형하여 형성된 Ti2AlNb 합금과 비교하여 EIGA 분말에 해당하는 합금의 고온 강도 및 크리프 수명은 약간 감소하지만 미세 구조의 균일성이 높아 연신율이 더 좋습니다. 부품 준비 공정에서 유한 요소 시뮬레이션 결과는 EIGA 분말로 제조된 Ti2AlNb 임펠러가 수축이 적고 복잡한 부품의 열간 등압 성형에 더 적합하다는 것을 보여줍니다.
(3) 캡슐화 설계를 돕기 위해 유한 요소 시뮬레이션을 사용하여 EIGA 사전 합금 분말을 사용하여 복잡한 Ti2AlNb 분말 야금 구성 요소를 성공적으로 제조했습니다. 부품은 치수 및 표면 정확도가 높고 야금학적 결함이 없습니다.
