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Effects of microstructure characteristics on the tensile properties and fracture toughness of TA15 alloy fabricated by hot isostatic pressing

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International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2023年第4期30卷 697-706页

作者： langping zhu Yu Pan Yanjun Liu Zhiyu Sun Xiangning Wang Hai Nan Muhammad-Arif Mughal Dong Lu Xin Lu Beijing Advanced Innovation Center for Materials Genome Engineering Institute of Engineering TechnologyUniversity of Science and Technology BeijingBeijing 100083China AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials Beijing 100095China Beijing Engineering Research Center of Advanced Titanium Alloy Precision Forming Technology Beijing 100095China Institute of Artificial Intelligence University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China Sichuan Advanced Metal Material Additive Manufacturing Engineering Technology Research Center Chengdu Advanced Metal Materials Industry Technology Research Institute Co.LtdChengdu 610300China

Powder hot isostatic pressing(HIP) is an effective method to achieve near-net-shape manufacturing of high-quality complex thinwalled titanium alloy parts, and it has received extensive attention in recent years. However, there are few reports about the microstructure characteristics on the strengthening and toughening mechanisms of powder hot isostatic pressed(HIPed) titanium alloys. Therefore, TA15powder was prepared into alloy by HIP approach, which was used to explore the microstructure characteristics at different HIP temperatures and the corresponding tensile properties and fracture toughness. Results show that the fabricated alloy has a “basket-like structure” when the HIP temperature is below 950℃, consisting of lath clusters and surrounding small equiaxed grains belts. When the HIP temperature is higher than 950℃, the microstructure gradually transforms into the Widmanstatten structure, accompanied by a significant increase in grain size. The tensile strength and elongation are reduced from 948 MPa and 17.3% for the 910℃ specimen to 861 MPa and 10% for the 970℃ *** corresponding tensile fracture mode changes from transcrystalline plastic fracture to mixed fracture including intercrystalline *** fracture toughness of the specimens increases from 82.64 MPa·m^(1/2)for the 910℃ specimen to 140.18 MPa·m^(1/2)for the 970℃ *** below 950℃ tend to form holes due to the prior particle boundaries(PPBs), which is not conducive to toughening. Specimens above 950℃ have high fracture toughness due to the crack deflection, crack branching, and shear plastic deformation of the Widmanstatten structure. This study provides a valid reference for the development of powder HIPed titanium alloy.

关键词： powder titanium alloy hot isostatic pressing strength fracture toughness

Ti-20Al-22Nb合金的凝固组织转变及力学行为

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稀有金属材料与工程 2020年第10期49卷 3460-3464页

作者：朱郎平路新候雅青南海曲选辉北京科技大学北京100083 中国航发北京航空材料研究院北京100095 北京市先进钛合金精密成型工程技术研究中心北京100095 钢铁研究总院北京100081 中国航发北京航空材料研究院铸钛中心北京100095

采用熔模铸造方法制备了名义成分为Ti-20Al-22Nb(at%)的合金,分别对铸态、热等静压及退火态合金进行了显微组织及室温拉伸性能分析。结果显示,合金由β基体、针状α2相及少量O相组成。铸态下为粗大的魏氏组织,由于非平衡凝固,原始晶粒... 详细信息

采用熔模铸造方法制备了名义成分为Ti-20Al-22Nb(at%)的合金,分别对铸态、热等静压及退火态合金进行了显微组织及室温拉伸性能分析。结果显示,合金由β基体、针状α2相及少量O相组成。铸态下为粗大的魏氏组织,由于非平衡凝固,原始晶粒内部组织转变不完全,组织中的疏松缺陷及组织不均匀导致合金低的塑性;经过α2+β/B2两相区热等静压消除了疏松缺陷,原始晶粒内部充分析出细小针状的α2相,组织均匀性提高,合金的拉伸延伸率由2%提高到5%;经过α2+/B2+O三相区退火热处理,过饱和β相向平衡态转变,通过包析转变β/B2+α2→O,在针状α2相周围形成环带状O相,合金的延伸率提高到11%。

关键词： Ti3Al 铸造热处理显微组织拉伸性能

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TiAl合金粉末热等静压技术研究进展

稀有金属材料与工程 2021年第10期50卷 3797-3808页

作者：王湘宁朱郎平余稳丁贤飞南海中国航发北京航空材料研究院北京100095 北京市先进钛合金精密成型工程技术研究中心北京100095 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

TiAl合金具有高熔点、低密度、高比强度和良好的高温抗氧化、抗蠕变等性能,在航空航天及汽车发动机等领域应用前景广阔。粉末热等静压技术能够实现复杂形状TiAl合金零件的一体化成形,并且获得的零件晶粒细小、成分均匀、力学性能优异。... 详细信息

TiAl合金具有高熔点、低密度、高比强度和良好的高温抗氧化、抗蠕变等性能,在航空航天及汽车发动机等领域应用前景广阔。粉末热等静压技术能够实现复杂形状TiAl合金零件的一体化成形,并且获得的零件晶粒细小、成分均匀、力学性能优异。本文介绍了TiAl合金雾化粉末制备原理与粉末热等静压致密化技术,评述了对TiAl合金雾化粉末及经过热等静压和热处理后组织和性能的研究进展,分析了TiAl合金粉末热等静压技术当前存在的一些问题,并对该技术的未来发展进行了展望。

关键词： TiAl合金粉末冶金雾化粉末热等静压

高能球磨与射频等离子体球化制备TiAl合金球形微粉

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稀有金属材料与工程 2013年第9期42卷 1915-1920页

作者：路新刘程程朱郎平何新波郝俊杰曲选辉北京科技大学北京100083

以雾化法制备的大粒度TiAl预合金粉末为原料,采用高能球磨与射频等离子体球化工艺制备出TiAl合金微细球形粉末,并研究了其粉末特性。结果表明,采用上述工艺制备的TiAl合金粉末球形率高;粒度可控,数均粒径可控制在10～60μm范围内;粉末... 详细信息

以雾化法制备的大粒度TiAl预合金粉末为原料,采用高能球磨与射频等离子体球化工艺制备出TiAl合金微细球形粉末,并研究了其粉末特性。结果表明,采用上述工艺制备的TiAl合金粉末球形率高;粒度可控,数均粒径可控制在10～60μm范围内;粉末粒径分布窄,粒度分布均匀度指数约为0.63。粉末氧含量随粒度降低而逐渐增加,数均粒径为31.5μm的合金粉末的氧含量约为2.44‰;数均粒径为15.6μm的合金粉末的氧含量约为3.51‰。制备的球形TiAl合金粉末主要由α2相及少量的γ相组成;粉末颗粒间成分均匀性良好,颗粒内部为均匀等轴晶组织,随着粉末粒度减小,晶粒组织趋于细化。

关键词： TiAl合金球形粉末高能球磨射频等离子体球化粉末特性

TiAl合金粉末射频等离子体球化过程数值模拟

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航空材料学报 2017年第3期37卷 16-23页

作者：朱郎平路新刘程程李建崇南海北京航空材料研究院北京100095 北京市先进钛合金精密成型工程技术研究中心北京100095 北京科技大学北京100083

采用数值模拟的方法对TiAl合金粉末的射频(radio frequency)等离子体球化过程进行研究,分析速度场和温度场对不同粒径TiAl合金粉末的运动轨迹及质量变化的影响。结果表明:粉体颗粒在等离子体的高温作用下温度急剧升高,表面蒸发导致粒径... 详细信息

采用数值模拟的方法对TiAl合金粉末的射频(radio frequency)等离子体球化过程进行研究,分析速度场和温度场对不同粒径TiAl合金粉末的运动轨迹及质量变化的影响。结果表明:粉体颗粒在等离子体的高温作用下温度急剧升高,表面蒸发导致粒径降低,太小的颗粒很快蒸发消失掉;在冷却塔下端,不同粒径颗粒的运动轨迹存在较大差异,小颗粒倾向于随气流进入气流出口,大颗粒落到冷却塔底部被收集;增大气流量会提高球化系统中的气流速度,导致在气流出口能被气流带走的颗粒粒径变大,收粉率降低;模拟得到TiAl合金粉末球化后的粉末粒径分布、平均粒径及收粉率等参数与实验结果比较接近,模型能够较好地符合实际球化过程。

关键词：射频等离子球化数值模拟 TiAl合金粉末

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Ti-Al合金抗氧化性能的影响因素初探

特种铸造及有色合金 2018年第4期38卷 352-355页

作者：黄东朱郎平魏战雷李岩罗倩中国航发北京航空材料研究院北京市先进钛合金精密成形工程技术中心

研究了氧化条件、显微组织和成分对Ti-Al合金抗氧化性能的影响。结果发现,Ti-48Al-2Cr-2Nb合金在700℃和800℃下具有较好的抗氧化性能,氧化形成的氧化膜为4层结构。在800℃下恒温氧化100h后,Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的氧化增重从低到高依次... 详细信息

研究了氧化条件、显微组织和成分对Ti-Al合金抗氧化性能的影响。结果发现,Ti-48Al-2Cr-2Nb合金在700℃和800℃下具有较好的抗氧化性能,氧化形成的氧化膜为4层结构。在800℃下恒温氧化100h后,Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的氧化增重从低到高依次为双态组织、近片层组织和片层组织。在800℃下恒温氧化100h后,3种成分的Ti-Al合金的氧化增重从高到低依次为Ti-48Al-2Cr-2Nb、Ti-46.5Al-2.5V-1C和Ti-45Al-8Nb-0.2W-0.1B-0.1Y。具有双态组织的Ti-45Al-8Nb-0.2W-0.1B-0.1Y合金在800℃下恒温氧化100h后增重4.8g/m^2。

关键词： Ti-Al合金抗氧化性能显微组织成分

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先进检测设备在熔模铸造中的应用

特种铸造及有色合金 2016年第9期36卷 969-972页

作者：黄东郑秀敏魏战雷朱郎平李岩北京航空材料研究院

随着航天航空业的高速发展,精铸件的缺陷检测和品质评价已成为熔模铸造中极其重要的环节。铸件缺陷的检测方法及设备的研究也取得了很多成果。简单介绍了先进的检测设备在铸件品质检测中的应用。

关键词：精密铸造光学三维测量钛合金

热等静压对Ti2AlNb合金组织和力学性能的影响

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特种铸造及有色合金 2018年第8期38卷 835-837页

作者：黄东魏战雷朱郎平李岩赵鹏罗倩中国航发北京航空材料研究院、北京市先进钛合金精密成形工程技术中心

研究了热等静压压力、温度和时间对Ti2AlNb合金铸件组织和力学性能的影响。结果发现,增大热等静压压力对Ti2AlNb合金的抗拉强度影响较小,但可显著改善试样的塑性;在1 040~1 100℃对Ti2AlNb合金铸件进行热等静压处理3h可以获得B2基体上... 详细信息

研究了热等静压压力、温度和时间对Ti2AlNb合金铸件组织和力学性能的影响。结果发现,增大热等静压压力对Ti2AlNb合金的抗拉强度影响较小,但可显著改善试样的塑性;在1 040~1 100℃对Ti2AlNb合金铸件进行热等静压处理3h可以获得B2基体上弥散分布着细小O相的结构,其抗拉强度较高;在1 040℃下进行1.5~3h的热等静压处理可显著提高其抗拉强度,但热等静压时间超过4h后会降低其抗拉强度。

关键词： Ti2AlNb合金热等静压铸件抗拉强度

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航空铸造钛合金及其成型技术发展

航空材料学报 2016年第3期36卷 13-19页

作者：张美娟南海鞠忠强高富辉郄喜望朱郎平北京航空材料研究院北京100095 北京百慕航材高科技股份有限公司北京100094 北京市先进钛合金精密成型工程技术研究中心北京100095

简述了铸造钛合金及TiAl合金的特点及在国内外航空领域的应用。根据我国钛合金领域专利申请情况分析了铸造钛合金技术在近30年的变化,特别是在航空领域的变化。随着航空制造技术的发展和高性能飞机的需求,钛合金铸件正向大型、整体和复... 详细信息

简述了铸造钛合金及TiAl合金的特点及在国内外航空领域的应用。根据我国钛合金领域专利申请情况分析了铸造钛合金技术在近30年的变化,特别是在航空领域的变化。随着航空制造技术的发展和高性能飞机的需求,钛合金铸件正向大型、整体和复杂化变化,TiAl合金铸件的发展将大大提高航空钛合金的使用温度。而航空领域的钛合金铸造技术将不再是单一的熔模精密铸造,将融合铸造模拟仿真技术和增材制造技术的优势,采取复合式发展的道路,以提高其整体精铸水平和生产效率。

关键词：钛合金 TiAl合金航空工业铸造