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热等静压成形Inconel 718粉末合金的显微组织和力学性能

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金属学报 2023年第5期59卷 693-702页

作者：徐磊田晓生吴杰卢正冠杨锐中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法(electrode induction melting gas atomization,EIGA)制备了Inconel718预合金粉末,并利用SEM对合金粉末进行了表征,通过预合金粉末热等静压工艺制备了Inconel 718粉末合金坯料并测试了力学性能。研究... 详细信息

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法(electrode induction melting gas atomization,EIGA)制备了Inconel718预合金粉末,并利用SEM对合金粉末进行了表征,通过预合金粉末热等静压工艺制备了Inconel 718粉末合金坯料并测试了力学性能。研究结果表明,镍基合金Inconel 718易于制得化学成分满足要求的洁净粉末,但热等静压过程中碳化物形成元素扩散至粉末表面,并以氧化物为核心生成包含Ti和Nb的碳化物以及Ni3Nb的硬质薄膜,形成粉末高温合金的原始颗粒边界(prior particle boundaries,PPBs),使粉末合金的塑性、韧性和持久性能低于锻造合金。通过后续工艺抑制或消除热等静压过程中产生的原始颗粒边界可显著提升材料的综合力学性能。

关键词： Inconel 718合金粉末冶金热等静压原始颗粒边界

Inconel 718粉末合金的热等静压成形和组织性能

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金属学报 2023年

作者：徐磊田晓生吴杰卢正冠杨锐中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心中国科学技术大学材料科学与技术学院

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法(Electrode Induction Melting Gas Atomization,EIGA)制备了Inconel 718预合金粉末,并利用SEM对合金粉末进行了表征,通过预合金粉末热等静压工艺制备了Inconel 718粉末合金坯料并测试了力学性能。研... 详细信息

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法(Electrode Induction Melting Gas Atomization,EIGA)制备了Inconel 718预合金粉末,并利用SEM对合金粉末进行了表征,通过预合金粉末热等静压工艺制备了Inconel 718粉末合金坯料并测试了力学性能。研究结果表明,镍基合金Inconel 718易于制得化学成分满足要求的洁净粉末,但热等静压过程中碳化物形成元素扩散至粉末表面,并以氧化物为核心生成包含Ti和Nb的碳化物以及Ni3Nb的硬质薄膜,形成粉末高温合金的原始颗粒边界(prior particle boundaries,PPBs),使粉末合金的塑性、韧性和持久性能低于锻造合金。通过后续工艺抑制或消除热等静压过程中产生的原始颗粒边界可显著提升材料的综合力学性能。

关键词： Inconel 718合金粉末冶金热等静压原始颗粒边界

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粉末粒度对钛合金闭式叶轮成形的影响

金属学报 2023年

作者：尚学文崔潇潇徐磊卢正冠中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心中国科学技术大学材料科学与工程学院

选取了3种粒度的Ti-5Al-2.5Sn ELI预合金粉末，采用粉末冶金热等静压工艺在940°C、120 MPa、3 h的制度下制备了闭式叶轮，对各叶轮进行了815°C、1.5 h的退火热处理，通过X射线检测等技术探测了叶轮中可能存在的孔隙缺陷，利用SEM和TE... 详细信息

选取了3种粒度的Ti-5Al-2.5Sn ELI预合金粉末，采用粉末冶金热等静压工艺在940°C、120 MPa、3 h的制度下制备了闭式叶轮，对各叶轮进行了815°C、1.5 h的退火热处理，通过X射线检测等技术探测了叶轮中可能存在的孔隙缺陷，利用SEM和TEM对显微组织进行观察，并结合低温拉伸实验分析了粉末粒度对闭式叶轮本体的力学性能影响。结果表明，采用不同粒度粉末制备出的叶轮各部位显微组织均匀，本体取样力学性能均达到变形态合金水平，77 K温度下试棒的抗拉强度约1300 MPa，延伸率可达20%，在拉伸断口附近的组织中观察到{1012}、{1011}、{1122}孪晶。对成形的闭式叶轮尺寸的测绘结果表明，叶轮的尺寸收缩特点与粉末粒度相关，粉末的平均粒度(D50:70～130μm)越小，体积收缩越大。采用有限元方法对粉末冶金热等静压成形后叶轮尺寸进行预测，并与制备的叶轮实测尺寸进行对比，结果表明模拟预测的收缩规律与实际尺寸收缩一致，其中内部流道区域预测偏差值小于0.3 mm。

关键词：闭式叶轮粉末粒度 Ti-5Al-2.5Sn ELI 热等静压有限元仿真

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Ti_(2)AlNb合金工程成形技术

精密成形工程 2022年第11期14卷 55-63页

作者：卢正冠徐磊吴杰杨锐中国科学院金属研究所沈阳110016

Ti_(2)AlNb是一种具有低密度、较好强塑性匹配(23~650℃)和高温疲劳性能优异的航空航天材料,近30年来受到了广泛关注,尤其是国内研究人员围绕Ti_(2)AlNb合金的工程化研究开展了大量工作。受限于Ti_(2)AlNb金属间化合物的本征脆性和缺口... 详细信息

Ti_(2)AlNb是一种具有低密度、较好强塑性匹配(23~650℃)和高温疲劳性能优异的航空航天材料,近30年来受到了广泛关注,尤其是国内研究人员围绕Ti_(2)AlNb合金的工程化研究开展了大量工作。受限于Ti_(2)AlNb金属间化合物的本征脆性和缺口敏感性,目前仍难找到稳定、高效和经济的Ti_(2)AlNb复杂构件成形技术。接近工程化应用的成形技术主要包括热变形和粉末热等静压成形,面向工程应用的成形技术难题在于如何改善Ti_(2)AlNb合金的均匀性。

关键词： Ti_(2)AlNb 缺口敏感性疲劳性能粉末冶金

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原始颗粒边界对粉末热等静压成形FGH97合金性能的影响

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精密成形工程 2023年第8期15卷 121-128页

作者：李若辰卢正冠吴杰徐磊中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

目的基于粉末冶金近净成形工艺,研究原始颗粒边界(PPBs)对FGH97合金力学性能的影响,并验证热处理和二次热等静压工艺能否消除PPBs。方法采用等离子旋转电极雾化法制备FGH97合金粉末,分别在1200℃/120 MPa/2 h和1200℃/140 MPa/3 h条件... 详细信息

目的基于粉末冶金近净成形工艺,研究原始颗粒边界(PPBs)对FGH97合金力学性能的影响,并验证热处理和二次热等静压工艺能否消除PPBs。方法采用等离子旋转电极雾化法制备FGH97合金粉末,分别在1200℃/120 MPa/2 h和1200℃/140 MPa/3 h条件下进行热等静压成形。先后对FGH97合金进行固溶(1200℃/4 h/炉冷)和时效(910℃/3 h/空冷+750℃/8 h/空冷+700℃/17 h/空冷)热处理,并对热处理后的样品进行二次热等静压(制度为1200℃/140 MPa/3 h)。对上述实验前后的FGH97合金显微组织进行表征,使用Photoshop软件计算PPBs的占比,研究热处理和二次热等静压工艺对PPBs的消除作用。结合力学性能测试研究PPBs对合金性能的影响。结果当采用压力更高、保温时间更长的热等静压制度时,制备得到的FGH97合金PPBs占比更少、力学性能更好,其PPBs占比为5.6%,室温抗拉强度为1412 MPa,屈服强度为947 MPa,伸长率为16%。经热处理后,FGH97合金中PPBs的占比下降至3.0%,该合金在650℃下的抗拉强度为1262MPa,屈服强度为956MPa,伸长率为17%;经二次热等静压后,PPBs的占比降低至1.3%。结论PPBs会对FGH97合金的力学性能产生不利影响,热处理和二次热等静压工艺均可消除PPBs。

关键词： FGH97合金粉末冶金热等静压力学性能原始颗粒边界

Ti-22Al-24Nb-0.5Mo粉末合金的制备及电子束焊接

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金属学报 2016年第9期52卷 1070-1078页

作者：吴杰徐磊卢正冠崔玉友杨锐中国科学院金属研究所沈阳110016

采用预合金粉末热等静压工艺制备了Ti-22Al-24Nb-0.5Mo(原子分数,%)粉末合金,对Ti-22Al-24Nb-0.5Mo粉末合金环坯和板坯进行电子束焊接.采用OM,SEM,EPMA和X射线三维成像技术对焊接接头的微观组织进行表征,研究了焊后热处理对焊接接头显... 详细信息

采用预合金粉末热等静压工艺制备了Ti-22Al-24Nb-0.5Mo(原子分数,%)粉末合金,对Ti-22Al-24Nb-0.5Mo粉末合金环坯和板坯进行电子束焊接.采用OM,SEM,EPMA和X射线三维成像技术对焊接接头的微观组织进行表征,研究了焊后热处理对焊接接头显微硬度、拉伸性能和持久性能的影响.结果表明,热等静压温度显著影响Ti-22Al-24Nb-0.5Mo粉末合金的孔隙分布.在1030oC热等静压成型的粉末环坯经980oC,2 h,真空炉冷热处理后表现出较好的可焊性.焊接接头熔合区、热影响区和母材的化学成分均匀,虽然显微组织差异明显,但是显微硬度无明显区别.拉伸及持久性能测试试样皆断裂于熔合区.焊接接头熔合区存在大量的显微孔隙是焊接接头发生断裂的失效机制.焊后热处理可以减少焊缝处的显微孔隙数量,从而提高焊接接头塑性及高温持久寿命.

关键词：热等静压 Ti-22Al-24Nb-0.5Mo粉末合金微观孔隙电子束焊接

粉末热等静压成形TA7 ELI高承压泵壳体的性能和尺寸控制

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航空制造技术 2023年第18期66卷 54-60,73页

作者：卢正冠蒋文山张静崔潇潇尚学文徐磊中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016 北京航天动力研究所北京100076 中国科学技术大学沈阳110016

基于粉末热等静压近净成形技术,在930℃/120 MPa/3 h的条件下开展了TA7 ELI(超低间隙)高承压泵壳体的成形研究,通过两批次粒度存在差异的粉末(粉末表面为胞晶形貌,D_(50)为67μm、74μm)分析了制粉时的粒度波动对成形材料力学性能的影响... 详细信息

基于粉末热等静压近净成形技术,在930℃/120 MPa/3 h的条件下开展了TA7 ELI(超低间隙)高承压泵壳体的成形研究,通过两批次粒度存在差异的粉末(粉末表面为胞晶形貌,D_(50)为67μm、74μm)分析了制粉时的粒度波动对成形材料力学性能的影响,并结合有限元仿真手段开展了高承压泵壳体的粉末收缩规律研究。此外,根据高承压泵在液体火箭发动机中的实际服役情况,对近净成形的高承压泵毛坯进行解剖,分析了特征截面位置的显微组织及硬度分布情况。结果表明,粉末热等静压近净成形技术制备的TA7 ELI合金力学性能达到锻件水平,粉末粒度波动对合金力学性能无显著影响,高承压泵壳体的显微组织均匀,特征截面的硬度值波动小,壳体内部流道关键尺寸实测结果与模拟预测结果的最大偏差为5.37%。

关键词：粉末热等静压近净成形 TA7 ELI(超低间隙) 拉伸性能解剖分析有限元粉末粒度

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钛合金粉末热等静压近净成形研究进展

金属学报 2018年第11期54卷 1537-1552页

作者：徐磊郭瑞鹏吴杰卢正冠杨锐中国科学院金属研究所沈阳110016

本文简述了近年来国内外钛合金粉末热等静压近净成形的研究现状和应用进展情况,从典型低温钛合金研制、高温钛合金研制、钛铝金属间化合物研制、粉末致密化的有限元仿真4个方面对中国科学院金属研究所在钛合金粉末冶金近净成形领域的主... 详细信息

本文简述了近年来国内外钛合金粉末热等静压近净成形的研究现状和应用进展情况,从典型低温钛合金研制、高温钛合金研制、钛铝金属间化合物研制、粉末致密化的有限元仿真4个方面对中国科学院金属研究所在钛合金粉末冶金近净成形领域的主要研究进展加以简要介绍,并对该技术未来的发展趋势进行了展望。

关键词：钛合金粉末冶金氢泵叶轮热等静压近净成形

热等静压钛合金与低碳钢包套间的界面反应层研究

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稀有金属材料与工程 2021年第7期50卷 2599-2606页

作者：鲍诗璐卢正冠徐磊马英杰中国科学院金属研究所辽宁沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110016

采用预合金粉末热等静压(hotisostaticpressing,HIP)近净成形工艺制备了一种新型高强韧钛合金,研究了钛合金与低碳钢包套的界面反应。结果表明,钛合金与低碳钢包套之间存在波浪状的界面反应层,其厚度为8μm,钛合金中的合金元素Al、Mo和... 详细信息

采用预合金粉末热等静压(hotisostaticpressing,HIP)近净成形工艺制备了一种新型高强韧钛合金,研究了钛合金与低碳钢包套的界面反应。结果表明,钛合金与低碳钢包套之间存在波浪状的界面反应层,其厚度为8μm,钛合金中的合金元素Al、Mo和V向低碳钢中发生了一定程度的扩散,而2种材料的基体元素Ti和Fe发生扩散的程度要明显低于前者;通过选择性化学洗可以将包套去除,并将反应层厚度减小2.5μm,但微观上仍存在波浪状反应层;通过后续的喷砂处理可以进一步减小反应层厚度,并且使界面反应层平直。

关键词：钛合金低碳钢包套热等静压界面反应