来自各种Ti合金的复杂形状零件的臀部

V. Samarov, E. Khomyakov, A Bisikalov和D. Seliverstov

发表于2011年热等静压国际会议，日本神户，2011年4月12-14日。
提交日期:2011年4月12日，录用日期:2011年5月24日

主题

摘要
关键词
介绍
问题及其解决方案
分析和结论
参考
联系方式

摘要

HIP技术的创新发展为钛合金加工复杂形状零件的传统技术的老问题提供了新的答案，如:

• 在复杂形状部件的加工过程中的材料产量非常低（“买到飞行”比例）;
• 将加工成本控制到最终几何形状;
• 初始材料的高成本，包括合金粉末;欧洲杯足球竞彩
• 提高技术困难和较大部件的成本，特别是当需要低处理温度时;
• 在大锻件中实现适当的微结构和性质的固有问题

这些新的开发基于具有高凝固率的预合金粉末的选择性净形状计算机控制的髋部处理和使能

• 大幅度降低材料损耗，多次降低“买飞”比例;
• 提高钛合金零件的可加工性;
• 提供复杂形状零件的均匀性和同质性
• 在锻造水平之上建造材料属性

发育零件和方法的各种实例说明了几种Ti合金的这些新的溶液溶液，例如Ti 6-4，Ti 5-2.5，Ti 6-2-4-2。

关键词

热等静压，粉末，Ti合金，复杂形状零件

介绍

钛是对于许多应用非常有吸引力的材料，因为它的密度小，高强度和优异的耐腐蚀性，但是，它的使用是相当有限的，因为它的成本高，是高提取成本和加工成本高的结果。这导致主要在航空航天工业（发动机和机身）中使用钛，在那里它的使用量增加了它的高成本可以是由它使用产生的增加。然而，即使在这个行业中，降低成本始终是可取的。广泛地说，降低成本可以从金属本身生产成本的降低或从创造性的技术制造最终的那种。在过去的几年里，在降低成本的钛提取和制造过程中，有一些成功的活动，部分成功，部分导致了新的和开发的应用，如护甲，医疗和自动使用[1,2]。

However the P/M HIP approach offers for Ti alloys both the potential for cost reduction (because of it’s capability to produce very close to net shapes) and an enhancement in mechanical properties compared to conventional product (because of the inherent lack of directionality in the P/M component) This approach has the following significant advantages over other techniques:

• 这种形状可以像投资铸造一样精确;
• 包括疲劳的机械性能可以相同或高于锻造材料;
• 部件的尺寸和重量可以是相同或大于最大锻件的相同或大，具有保持复杂形状和优异的微结构的能力
• 部件的表面可以没有“α”案例（富氧表面）
• 可以消除与低处理温度相关的所有问题

此外，该技术还可以消除传统的锻造加工对设计的限制，从而提高临界载荷零件的设计水平

问题及其解决方案

虽然近净形方法的概念听起来很吸引人，但有坚实的技术原因，为什么净形Ti PM零件的HIP以前没有广泛使用:

• 粗粉体导致潜在的夹杂物作为阶下条件和疲劳问题;
• 氧气拾取与细粒粉有关;
• 复杂形状零件的非破坏性检查存在困难;
• 髋关节期间，在髋部中的形状控制中存在困难，以达到必要的尺寸精度;

为了实现净形状法的目标，并通过形状控制实现粉末冶金HIP的潜在优势，需要解决以下技术问题:

• 对预合金化的Ti粉末用于HIP期间形状形成形状有效数学建模的更有效的数学建模的流变性质的数据的基础上的发展;
• 改进了这些数值模型，以充分考虑大尺寸Ti部件热成形过程中的传质传热;
• Ti粉末与髋部胶囊材料相互作用的建模与研究增强非加工表面的表面光洁度和质量;
• 粉末粒径和粉末加工参数的力学性能建模与研究

通过在产生多孔样品的特殊实验中，各种新型Ti粉末合金的流变性质的数据碱基是通过产生多孔样品的特殊实验和在发电温度下测试（髋髋周期的中断）[3]

数值模型通过臀部致密化粉末材料致密化过程中的数值模型，揭示了由这些效果的颈部夹层和新的几何特征的粉末Merterial的极低导热率引起的致密化波和这些效果的新几何特征，特别是对于大部件[4]。

基于这些型号的髋部胶囊的设计允许通过一步和选择性地净形状部分在净形件附近开发和制造共产件，并使用一个中间迭代来选择性净形部件。

图1显示了在一个开发步骤中的Ti 6al-4V的复合网状套圈。这些部件的几何形状非常靠近打印（图2），仅留下2-3毫米的最终加工，并使材料减少3-4次与锻件相比。通过成本高效的粉末制造工艺，如Viga和Eiga，并且占Ti合金的加工成本非常高，这使得近净形状的臀部工艺有益。

对于有选择地净形零件，如具有不可加工的精密内部通道的叶轮，通常需要进行试验迭代以提供必要的公差。

图3说明了Ti 5al -2.5 Sn合金火箭发动机叶轮的建模、HIP工具设计和实现尺寸精度。

图1。复杂的PM从TI 6AL-4V的网状外壳附近邻近

图2。近净形套管的尺寸精度

图3。火箭发动机叶轮的髋关节建模与尺寸预热

复杂形状零件的非毁容（超声波）检查是近rnet形状髋部技术成功的关键元件之一。通常，这项技术的要求对于简化的外部形状和表面质量构建障碍，用于增强锻件的形状和自由基降低“购买飞行”比例。HIP允许解决这种矛盾，并为非常复杂的Shae部件提供检查，甚至是钢插入件形成的内腔和通道的Thoose。这是通过通过将一些臀部工具保持在非常复杂的SHAE部件外部和内部，即将其加工到“声波”形状并检查“双金属”结构来完成这种检查。

这种UT检测方法在为上一级火箭发动机和气体压缩机制造复杂形状带冠叶轮时得到了非常成功的演示。

图4显示了髋部胶囊和超声波检查之前的预加工后的叶轮。图4清楚地显示了轮毂，护罩和叶片的环形材料（Ti合金）和围绕它的低碳钢。在UT检查Ath酸浸出后，STELL将被除去。

图4。火箭发动机叶轮预先加工用于UT检查和酸浸出

开发了专用软件，对仍在工件上使用低碳钢HIP工具的叶轮进行超声波检测。这个软件可以识别的信号从钛合金钢的响应和指示缺陷的(如果有的话)(图5)。这种方法的优点是,净形状几何图形可以检查,而无法进入“死亡区域”典型的UT检验可以“隐藏”在钢工具。

图5。对Ti 6-4型叶轮进行了UT扫描

图5中的深蓝色和黑色区域是Ti合金的扫描，而黄色，红色和绿色区域呈现来自其声学特性的低碳钢工具的信号。所提出的扫描展示了PM叶轮的优异UT质量，在部件中没有可检测到的尺寸的可检测指示。

在批定装载的旋转部件的情况下，使用细Ti粉末（小于100微米）。图6,7和8显示了微结构和机械性能的逐渐提高，而粉末粒径减小。

图6。-35目(-500微米)as HIPed Ti 6-4粉末的微观结构

图7。为-100目的臀部Ti 6-4粉末的微观结构和性质（-150微米）

图8。为-325目的臀部Ti 6-4粉末的微观结构和性质（-45微米）

分析和结论

复杂形状零件的髋关节是一种需要和涉及的协同技术：

卓越的工程数学建模和整个过程的设计;

• 高品质的粉末和精心制作的处理技术;
• 成熟和多样化的罐装技术;
• 连续控制本体性能，表面和形状
• 良好的控制，可重复和可靠的HIP循环
• 新型无损检测技术

随着所有这些要求回答，髋关节正在成为将锻件加工到最终复杂形状的成本效益。

参考

1. F. H. Froes，M. A. IMAM和D. Fray Eds。，“成本经济实惠的钛”，由TMS组织的研讨会，沃兰德，PA，（2004）。
2. M. A.IMAM和F. H. Froes，“具有成本效益的钛”，由TMS，Warendale，PA组织的研讨会（2010）。
3. Khazami Zadeh“热等静压近净形零件的有限元仿真”。国际热门稳压臀部96，ASM（1996）的国际会议诉讼程序。
4.V. Goloveshkin, G. Raisson, A. Ponomarev and A. Bochkov，“大尺寸零件热等静压热成形过程中非平稳温度场的计算”，Proceedings of International Conference on Hot Isostatic Pressing HIP(2011)。

联系方式

V. Samarov, E. Khomyakov, A Bisikalov和D. Seliverstov
Synertech Pm，美国

本文还以“材料和材料处理技术进步”的印刷形式公布，13 [1]（2011）1-6。欧洲杯足球竞彩