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置氢tc4合金粉末放电等离子烧结制件组织研究

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热加工工艺 2014年第6期43卷 29-32,36页

作者：田亚强魏英立宋进英陈连生河北联合大学河北省现代冶金技术重点实验室河北唐山063009

采用置氢钛合金粉末放电等离子体烧结成形与钛合金热氢处理技术相结合的工艺路线制备合金,研究了置氢量及烧结温度对置氢tc4合金粉末成形后组织性能的影响规律。结果表明:随放电等离子烧结温度的升高和置氢量的增加,置氢tc4粉末放电等... 详细信息

采用置氢钛合金粉末放电等离子体烧结成形与钛合金热氢处理技术相结合的工艺路线制备合金,研究了置氢量及烧结温度对置氢tc4合金粉末成形后组织性能的影响规律。结果表明:随放电等离子烧结温度的升高和置氢量的增加,置氢tc4粉末放电等离子烧结体的密度均呈逐渐增高趋势,置氢量tc4钛合金粉末SPS烧结的显微组织由针状马氏体组织向板条状马氏体组织演变。置氢量0.01%tc4钛合金粉末SPS烧结的显微组织为等轴晶粒组织;当置氢量达到0.42%时,晶粒尺寸最细小,且晶粒内均出现明显马氏体,并且其烧结体的密度都为最大值。

关键词：置氢 tc4合金粉末放电等离子烧结显微组织

EIGA雾化法制备激光3D打印用tc4合金粉末工艺研究

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钢铁钒钛 2019年第3期40卷 7-12页

作者：谢波钒钛资源综合利用国家重点实验室攀钢集团研究院有限公司

采用电极感应熔炼气雾化法(EIGA)制备激光3D打印用tc4合金粉末(15~45μm)。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)、激光粒度分析仪(LPS)、粉体特性综合测试仪等设备,对粉末的形貌、物相组成、粒度分布、松装密度及流动性进行表征,... 详细信息

采用电极感应熔炼气雾化法(EIGA)制备激光3D打印用tc4合金粉末(15~45μm)。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)、激光粒度分析仪(LPS)、粉体特性综合测试仪等设备,对粉末的形貌、物相组成、粒度分布、松装密度及流动性进行表征,同时研究了雾化气体压力和熔体温度对激光3D打印tc4合金粉末收得率影响。结果表明:采用EIGA制备得到tc4合金粉末形貌为近规则球形,粉末表面存在少量“卫星球”,粉末由α′-Ti相组成。tc4合金粉末收得率随着雾化气体压力和熔体温度的升高先增加后减小。最佳雾化工艺参数为:雾化气体压力5 MPa,熔体温度1 800℃,此条件下平均粒径D50为81.2μm,15~45μmtc4钛合金粉末收得率为22.3%,流动性为42.5s,松装密度为2.83g/cm^3,氧含量1260×10^-6,符合激光3D打印用tc4钛合金粉末特征要求。

关键词： tc4合金粉末 EIGA 3D打印收得率球形粉末

激光3D打印用tc4合金粉末制备及其可打印性能研究

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激光3D打印用TC4合金粉末制备及其可打印性能研究

作者：董欢欢东北大学

学位级别：硕士

激光3D打印技术是一种增材制造技术,在航空关键零部件的快速制造领域具有广泛应用前景,其中激光3D打印用粉末原材料是研发先进3D打印技术的物质基础。tc4合金粉末是激光3D打印钛合金零件最重要的原材料之一,而钛的熔点高、性质活泼,使... 详细信息

激光3D打印技术是一种增材制造技术,在航空关键零部件的快速制造领域具有广泛应用前景,其中激光3D打印用粉末原材料是研发先进3D打印技术的物质基础。tc4合金粉末是激光3D打印钛合金零件最重要的原材料之一,而钛的熔点高、性质活泼,使得钛及钛合金球形粉末制备困难,迄今,高性能钛合金粉末制备技术被国外垄断。因此,成功研究出激光3D打印用高性能tc4合金粉末制备新技术,不仅具有重要的科学研究意义而且具有重要的实际应用价值。本实验利用航空用tc4合金,采用旋转电极真空感应熔炼气雾化（EIGA）设备,主要通过感应熔炼气雾化工艺参数优化、气雾化流场模拟和实验分析等相结合的研究方法,制备出了激光3D打印用tc4钛合金球形粉末,并采用YAG激光3D打印机打印了制备合金粉末样品。然后,利用OM、SEM、EDS、XRF、XRD、DSC、粒径分布、显微硬度、摩擦磨损和拉伸试验等分析方法,分别对制备的tc4合金粉末的球形度、粒度、松装密度、流动性、空心球率等特征及其3D打印样品的组织结构与性能等进行了系统的研究。结果表明:在感应熔炼功率60kW、旋转速率5.5r/min、给进速率650μm/s、气雾化压力为6.0MPa、导管伸出长度2mm的气雾化制粉工艺参数下,制备的tc4粉末D（50）小于90μm,粒径集中分布在50～150μm,粉末松装密度2.870g/cm3,粉末流动性22.23s/50g,球形度98.63%,空心球率≤3%。粉末表面存在树枝晶、胞状枝晶、胞状晶、微晶,随粒径减小,G/R值减小,表面组织变化趋势为:树枝晶→胞状枝晶→胞状晶→微晶。实验优化的激光3D打印tc4合金的工艺参数范围为:功率320～400W、扫描速度3～9mm/s、送粉量3～4g/min;打印tc4合金组织主要是由原始柱状β晶粒组成,β晶粒能贯穿多层沉积层厚度而继续生长,β晶粒内存在大量针片状α相、网篮组织、长条魏氏体α相和晶界附近析出的α-Ti集束;发现随着合金粉末粒径减小,打印的tc4样品组织中长条魏氏体α相增大,晶界附近的α-Ti集束减少,使样品强度硬度升高而塑性下降;50～100μm、100～150μm和150～180μm不同粒径的tc4合金粉末激光3D打印样品平均硬度分别为359HV、368HV和382HV,抗拉强度分别为908MPa、914MPa和928MPa,延伸率分别为15%、13%和10%,断口存在大量韧窝为韧性断裂;该实验方法制备的tc4钛合金粉末具有良好的可打性。

关键词：激光3D打印 EIGA tc4合金粉末粉末特征可打性

用等离子旋转电极雾化法制备tc4合金粉末的研究

同方学位论文库评论

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宁夏工程技术 2016年第4期15卷 340-342页

作者：刘军许宁辉于建宁宁夏东方钽业股份有限公司宁夏石嘴山753000

用等离子旋转电极雾化法制备tc4合金粉末,利用金相显微镜和扫描电镜对粉末粒度及形貌进行分析观测;考察了料棒转速工艺参数对粉末粒度的影响,以及不同粉末粒径下氧、氮元素质量分数的变化,并对不同形貌的颗粒成因进行分析和探讨。结果表... 详细信息

用等离子旋转电极雾化法制备tc4合金粉末,利用金相显微镜和扫描电镜对粉末粒度及形貌进行分析观测;考察了料棒转速工艺参数对粉末粒度的影响,以及不同粉末粒径下氧、氮元素质量分数的变化,并对不同形貌的颗粒成因进行分析和探讨。结果表明,随着合金棒旋转速度增大,tc4球形粉末平均粒度出现减小趋势;粉末体的氧元素质量分数随着粒径减少而增大,而氮元素质量分数则没有显著变化;粉末的表观形貌由于制备时其尺寸大小和所处的位置不同而存在两种形态。

关键词：等离子旋转电极雾化 tc4合金粉末粒度

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激光3D打印用tc4合金粉末的制备研究

企业科技与发展 2019年第1期 57-59页

作者：韩志嵘林芸刘洁贵阳学院机械工程学院贵州贵阳550005

激光3D打印是一种快速成型技术,合金粉末作为激光3D打印的重要原料之一,粉末的相关参数会直接影响打印成型的质量。文章介绍了激光3D打印用tc4合金粉末的3种制备方法,包括等离子旋转电极法、等离子丝材雾化法与气体雾化法,并以等离子旋... 详细信息

激光3D打印是一种快速成型技术,合金粉末作为激光3D打印的重要原料之一,粉末的相关参数会直接影响打印成型的质量。文章介绍了激光3D打印用tc4合金粉末的3种制备方法,包括等离子旋转电极法、等离子丝材雾化法与气体雾化法,并以等离子旋转电极法为例分析了利用此法制备tc4合金粉末的原理,并探讨了其微观组织演变规律与热处理方法,表明利用此方法制得的tc4合金粉末具有良好特征,可以很好地满足激光3D打印的要求。

关键词：激光3D打印 tc4合金粉末制备

置氢tc4钛合金粉末热等静压制件组织与性能研究

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航空材料学报 2013年第3期33卷 6-11页

作者：田亚强侯红亮任学平河北联合大学河北省现代冶金技术重点实验室河北唐山063009 北京航空制造工程研究所北京100024 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

采用置氢钛合金粉末热等静压成形与钛合金热氢处理技术相结合的新工艺路线制备合金,研究了置氢量及热等静压工艺参数对置氢tc4合金粉末热等静压制件组织性能的影响规律。结果表明:随着置氢量的增加,置氢tc4合金粉末热等静压后制件的密... 详细信息

采用置氢钛合金粉末热等静压成形与钛合金热氢处理技术相结合的新工艺路线制备合金,研究了置氢量及热等静压工艺参数对置氢tc4合金粉末热等静压制件组织性能的影响规律。结果表明:随着置氢量的增加,置氢tc4合金粉末热等静压后制件的密度呈逐渐增高的趋势;热等静压制件的片层状组织尺寸变薄、针状的组织变细,等轴颗粒组织愈来愈多;退火后制件的显微组织中等轴状的颗粒增多,压缩屈服强度和抗压强度均逐渐增大;热等静压制件与粉末原料的氢含量及相组成基本相近,真空退火除氢后氢含量则达到了安全使用水平,置氢量0.42%tc4合金粉末热等静压制件致密效果好、综合力学性能高。

关键词：置氢量 tc4合金粉末热等静压组织性能

3D打印用tc4粉末的制备及其同步辐射CT技术表征

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稀有金属材料与工程 2018年第12期47卷 3853-3859页

作者：赵少阳汤慧萍陈刚殷京瓯王建葛渊李增峰谈萍西北有色金属研究院金属多孔材料国家重点实验室陕西西安710016

利用气雾化技术制备球形tc4合金粉末,利用SEM、同步辐射CT扫描-三维重建等分析手段对异常颗粒粉体以及不同粒径的tc4合金粉末表面和内部的孔缺陷进行了表征。实验结果表明,制备的tc4合金粉末随着粉末粒径减小,粉体表面由凸凹不平的冷凝... 详细信息

利用气雾化技术制备球形tc4合金粉末,利用SEM、同步辐射CT扫描-三维重建等分析手段对异常颗粒粉体以及不同粒径的tc4合金粉末表面和内部的孔缺陷进行了表征。实验结果表明,制备的tc4合金粉末随着粉末粒径减小,粉体表面由凸凹不平的冷凝收缩痕迹渐变为光滑表面,粉体内部的孔隙逐渐减少,且孔隙尺寸也随之减小。由于雾化过程中凝固与球化时间的差异及飞行轨迹的不同等原因导致了包裹式、连体式、椭球形、卫星粉等异常粉末颗粒的生成;同步辐射CT扫描-三维重建表明,粉末内部的孔隙率和孔隙尺寸随着粉末粒度的增大而增大。

关键词：气雾化 tc4合金粉末显微结构同步辐射CT扫描

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置氢钛合金粉末模压成形-烧结改性机理

航空材料学报 2011年第3期31卷 1-7页

作者：田亚强侯红亮任学平河北联合大学冶金与能源学院河北唐山063009 北京航空制造工程研究所北京100024 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

采用置氢tc4钛合金粉末模压成形+保护气氛下烧结工艺,研究了置氢tc4合金粉末模压成形-烧结后合金的组织性能的变化规律,提出了采用置氢钛合金粉末成形与钛合金热氢处理技术相结合的新工艺路线制备合金。结果表明:随着置氢量的增加和烧... 详细信息

采用置氢tc4钛合金粉末模压成形+保护气氛下烧结工艺,研究了置氢tc4合金粉末模压成形-烧结后合金的组织性能的变化规律,提出了采用置氢钛合金粉末成形与钛合金热氢处理技术相结合的新工艺路线制备合金。结果表明:随着置氢量的增加和烧结温度的升高,置氢tc4合金粉末模压成形烧结体致密度均呈逐渐增高趋势;烧结体组织由明显的魏氏体组织向双态的过渡状组织转化,片层状组织尺寸变薄、针状的组织变细、等轴颗粒组织愈来愈多;烧结体退火后组织较退火前明显的均匀化和细化,烧结体退火后压缩屈服强度均呈增大趋势,真空退火除氢后氢含量则达到了安全使用水平,其中置氢量0.42%(质量分数)tc4合金粉末烧结体致密效果好、力学性能高。

关键词：置氢量 tc4合金粉末模压成形-烧结改性机理

EIGA法钛粉制备感应熔炼数值模拟及实验研究

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EIGA法钛粉制备感应熔炼数值模拟及实验研究

作者：郭广浩广东工业大学

学位级别：硕士

钛及钛合金材料具有比强度高、疲劳强度高和生物相容性好等性能优势,已经广泛地应用在航空航天、军事和医疗等领域。相比传统的制造技术,金属增材制造（3D打印）技术可以成形结构复杂且性能优异的零件。tc4合金粉末是目前主流的金属增... 详细信息

钛及钛合金材料具有比强度高、疲劳强度高和生物相容性好等性能优势,已经广泛地应用在航空航天、军事和医疗等领域。相比传统的制造技术,金属增材制造（3D打印）技术可以成形结构复杂且性能优异的零件。tc4合金粉末是目前主流的金属增材制造技术原材料,粉末的性能对成形件的缺陷和性能均会产生影响,为保证增材制造钛合金成形件的质量,tc4合金粉末需要满足球形度高、形貌好和粒径小等特点。现阶段,电极感应熔炼气雾化（Electrode Induction Melting Gas Atomization,EIGA）法是金属增材制造用tc4合金粉末的主流制备技术,而熔炼工艺是该制粉技术的核心工艺之一,感应线圈结构和熔炼工艺参数的不同,会影响进入雾化区的钛熔体的性质,从而影响最终的tc4合金粉末的性能。所以,对EIGA法的熔炼工艺及相关实验进行研究具有积极的理论和实践意义。本文用COMSOL Multiphysics软件模拟研究EIGA法的熔炼工艺,分析感应线圈结构参数和熔炼工艺参数对tc4合金棒材加热熔化效果的影响;根据数值模拟分析结果,绕制改进的感应线圈并设计熔炼工艺参数,进行钛粉的制备及性能分析,研究感应线圈结构参数和熔炼工艺参数对钛粉性能的影响;最后,对性能最优的粉末进行选区激光熔化（Selective laser melting,SLM）成形性能研究。本论文的主要研究结果如下:（1）根据EIGA法熔炼工艺的实际工况,建立了二维轴对称模型,利用COMSOL Multiphysics软件对tc4合金棒材加热熔化过程的电磁场、温度场、相场以及熔化相关数据进行分析。增大线圈匝数可以增大磁场分布面积及均匀性,使得tc4合金棒材内的感应磁场和温度分布更加均匀,还可以提高tc4合金棒材上的功率以及熔化速率。但是3匝增加至4匝后,熔炼效果提升不明显,因此选择匝数为3的感应线圈。增大铜管直径,会使tc4合金棒材的熔炼效果变差,而减小铜管直径可以提高线圈上的电流密度,线圈产生的磁场强度更高,有利于提高tc4合金棒材的熔炼效果。通过分析得出:减小铜管直径后,电流密度对tc4合金熔炼效果的影响比线圈与棒材的耦合程度所起的作用要大。因此选择铜管直径为8 mm。减小线圈间距,可以起压缩并增强磁场的作用,通过绘制距离线圈内侧1 mm处的磁场分布曲线可知:减小线圈间距,可以使磁场的分布更加紧凑且提高磁感应强度,有利于提高tc4合金棒材的熔炼效果。所以选择线圈间距为4 mm的感应线圈。（2）对熔炼工艺参数的模拟研究可知:提高熔炼功率,可以提高输入到tc4合金棒材上的功率,且随着熔炼功率的提高,棒材的热效率越高,熔化速率随着熔炼功率的增加而提高;进给速度的减小虽然会降低生产效率,但是可以提高棒材的加热时间,使棒材获得的焦耳热更高,因此适当降低进给速度有利于棒材的熔炼。（3）基于数值模拟结果,设计了熔炼工艺参数并用改进的感应线圈进行tc4合金粉末的制备实验。在相同制粉参数的情况下,对原始2匝线圈以及改进的三种线圈进行制粉实验并经过气流破碎后进行性能检测。结果表明:匝数为3、铜管直径为8 mm、线圈间距为4 mm的S4线圈制备的钛粉性能更好。在S4线圈基础上,研究熔炼功率对tc4合金粉末性能的影响。结果表明:熔炼功率越高,钛熔体温度越高,熔滴的球化时间和凝固时间匹配更好,且与气流的界面接触角越小,更能提高破碎效果。28 k W熔炼功率下制得的钛粉具有高球形度和流动性,细粉收得率提高。进给速度越小,tc4合金棒材的加热时间越长,在40 mm/min的进给速度下,棒材可以熔化形成温度较高且质量较小的质量流率,有利于提高破碎效果,因此进给速度较小的tc4合金粉末性能较好。最终得到较好的熔炼方案:线圈匝数为3、铜管直径为8 mm、线圈间距为4mm、熔炼功率为28 k W,进给速度为40 mm/min,雾化压力为35 bar、喷盘缝宽为0.6mm。（4）采用研究得到的熔炼方案制备tc4合金粉末并进行SLM成形性能研究,分别设计了激光功率、扫描速度和扫描间距三个参数。通过正交实验分析、表面SEM分析以及力学性能分析,得到激光功率为280 W、扫描速度为1200 mm/s和扫描间距为0.14 mm成形的tc4合金试样具有最低的孔隙率和最好的表面形貌。通过退火处理研究,得到800℃/2h/FC退火处理后的tc4合金试样的力学性能更优。tc4合金试样具有最大伸长率为14.89%,最大屈服强度为964.91 MPa,最大抗拉强度为1036.27 MPa,验证了这批tc4合金粉末可以应用在SLM工艺。

关键词： tc4合金粉末电极感应熔炼气雾化熔炼工艺数值模拟粉末制备工艺性能研究