Havacılık ve uzay gibi alanlarda gerekli olan karmaşık bileşenleri ele almak için toz döküm, hassas dökümün doğasında olan büzülme boşlukları, gözeneklilik ve bileşimsel ayrışma gibi teknik zorlukların yanı sıra kaynaklı dövmelerle ilgili çok sayıda sorunu etkili bir şekilde çözer. Şu anda, toz metalurjisi kullanılarak Ti2AlNb alaşımlarının üretiminde, sıcak izostatik presleme (HIP) proses parametrelerine (zaman, sıcaklık, basınç), sonraki ısıl işlem ve sıcak deformasyon proseslerine ve toz alaşımlarının mikro yapısı ve performansı ile şekillendirilmiş bileşenlerin boyutlarının incelenmesine odaklanıyoruz. Şirketimiz, plazma döner elektrot işlemini (PREP) kullanarak Ti2AlNb ön-alaşımlı tozunu hazırladı ve ardından toz sıcak izostatik presleme işlemiyle Ti2AlNb toz alaşımlarını üretti.
Ti2AlNb toz alaşımının hazırlanma yöntemi: Partikül boyutu 250 μm'nin altında olan Ti2AlNb ön-alaşımlı toz, atmosferik bir ortamda silindirik bir düşük-karbonlu çelik kılıfa yüklenir. Sıkıştırma, punta kaynağı, vakumlu gaz giderme ve sızdırmazlık kaynağının ardından, toz metalurji kütük elde etmek için Çelik Araştırma Enstitüsü Haopu Technology Co., Ltd.'nin RD(Z)-1-850 tipi sıcak izostatik pres fırınında sıcak izostatik presleme (HIP) tamamlanır. Sıcak izostatik presleme işlemi: Fırın sıcaklığı 1030 dereceye yükseltilir, basınç 140 MPa'dan yüksektir, bekletme süresi 2-4 saattir ve ardından fırın soğutulur. Isıl işlem prosesi: Çözelti ısıl işlem koşulları 2 saat süreyle 980 derecedir, ardından fırın soğutması yapılır ve oda sıcaklığına ulaşma süresi 1 saatten az değildir. Yaşlandırma ısıl işlemi koşulları 4 saat süreyle 890 derecedir, ardından fırın soğutması yapılır ve oda sıcaklığına ulaşma süresi 1 saatten az değildir. Sıcak izostatik preslemenin ardından dış kılıf ve çekirdek, talaşlı imalat ve kimyasal frezeleme yoluyla çıkarılarak titanyum alaşımlı kapalı pervane parçaları elde edilir. Aşağıdaki şekil deneysel kapalı pervane manşonu ve göbeğinin montaj ilişkisini ve fiziksel görüntüsünü göstermektedir.
Şekil. Örtülü pervane kovanı göbeğinin montaj ilişkisi ve fiziksel diyagramı.
Çekme özellikleri, GB/T 228.2-2015 "Metalik malzemeler, çekme testi-Bölüm 2: Yüksek sıcaklık test yöntemi" uyarınca bir CMT5305 elektronik üniversal test makinesi kullanılarak 650 derecede test edilmiştir; sünme ömrü, GB/T 2039-2012 "Metalik malzemeler, tek eksenli çekme sünme testi yöntemi"ne göre RD-100 mikro-kontrollü bir elektronik sünme test makinesi kullanılarak 650 derece /360 MPa'da test edilmiştir; hem çekme hem de sünme testleri için numune boyutları, en az iki paralel numuneyle birlikte 5 mm çapında ve 25 mm ölçü uzunluğundaydı. Ti2AlNb toz alaşım numuneleri, montaj ve cilalama işleminden sonra Kroll reaktifi (%3 HF + 6% HNO3 + 91% H2O, hacim fraksiyonu) ile dağlandı ve bir TESCAN MIRA4 alan emisyon taramalı elektron mikroskobu kullanılarak SEM görüntüleri elde edildi. EBSD analizi, elektron geri saçılımı kırınımı (EBSD) probu ile donatılmış bir Thermo Quattro S-tipi SEM üzerinde gerçekleştirildi ve veri işleme yazılımı HKL Kanal 5'ti. Sıcak izostatik olarak preslenmiş Ti2AlNb alaşımının gözenekliliği, bir VersaXRM-500 X-ışını mikro bilgisayarlı tomografi (Micro-CT) sistemi kullanılarak karakterize edildi. Toz kompaktın analiz alanı yaklaşık Φ1,9 mm × 2,2 mm idi.
Toz metalurjisi bileşenlerinin üretiminde kapsülleme yapısının tasarımı çok önemlidir. Makul bir kapsülleme yapısı tasarımının, toz kompaktın tüm parçalarının yoğunlaşmasını ve neredeyse-net-şekli oluşturmayı sağlaması gerekir. Toz metalurjisi alaşımlarının sıcak izostatik preslenmesine (HIP) yönelik kap olarak kapsülleme, bitmiş ürünün metalurjik kalitesini ve boyutsal görünümünü doğrudan etkiler. Uygulamada, HIP yoğunlaştırması sırasında işlem parametrelerindeki değişiklikler, yoğunlaştırma işleminde farklılıklara yol açabilir. Özellikle büyük, karmaşık bileşenlerin imalatında, kapsülleme/kalıp yapısı genellikle nispeten karmaşıktır ve yoğunlaştırma işlemindeki toz kompaktın yüzeyinden iç kısmına kadar olan farklılıklar daha belirgindir, hatta "tekdüze olmayan yoğunlaşma" olgusunu sergiler. Bu olay, bileşenin farklı kısımlarında tutarsız yoğunlaşma seviyelerine ve büzülme deformasyonuna yol açarak bileşenin mekanik özelliklerini etkiler. EIGA tozu kullanılarak çeşitli tiplerde Ti2AlNb toz metalurjisi bileşenleri 1030 derece /140 MPa/3 saat HIP rejimi altında başarıyla üretildi. Testler, temel bileşenlerin boyutsal sapmasının %2'den az olduğunu ve yüzey kalitesinin döküm alaşımlarından üstün olduğunu gösterdi. Sonlu elemanlar-destekli kapsülleme yapısı tasarımını benimseyerek, yoğunlaştırma süreci, tüm yoğunlaştırma oluşturma süreci boyunca tekdüze olma eğilimi gösterir, "tekdüze olmayan yoğunlaşma" olgusunu etkili bir şekilde ortadan kaldırır ve bileşenin genel performansının tutarlılığının sağlanmasına yardımcı olur.
1) PREP yöntemiyle karşılaştırıldığında, EIGA yöntemiyle hazırlanan Ti2AlNb ön alaşımlı toz daha geniş bir parçacık boyutu dağılımına, az sayıda uydu küreye ve daha yüksek bir kademe yoğunluğuna sahiptir.
(2) PREP tozunun sıcak izostatik preslenmesiyle oluşturulan Ti2AlNb alaşımıyla karşılaştırıldığında, EIGA tozuna karşılık gelen alaşımın yüksek-sıcaklık mukavemeti ve sürünme ömrü biraz azalır, ancak mikro yapının daha yüksek homojenliği nedeniyle uzama daha iyidir. Bileşen hazırlama sürecinde, sonlu elemanlar simülasyon sonuçları, EIGA tozu ile hazırlanan Ti2AlNb pervanenin daha az büzülmeye sahip olduğunu ve karmaşık bileşenlerin sıcak izostatik preslenmesi için daha uygun olduğunu göstermektedir.
(3) Kapsüllemenin tasarımına yardımcı olmak için sonlu eleman simülasyonu kullanılarak, karmaşık Ti2AlNb toz metalurjisi bileşenleri, EIGA ön-alaşımlı toz kullanılarak başarıyla hazırlandı. Bileşenler yüksek boyut ve yüzey doğruluğuna sahiptir ve metalurjik kusurları yoktur.
