消除粉末高温合金中缺陷成改进粉末冶金工艺的目标

发布时间：2014/8/22 0:12:10

与传统的铸/锻工艺相比，粉末冶金工艺消除了宏观偏析，改善了合金的组织，提高了盘件性能，但是由于其独特的工艺步骤也带来了一些不可避免的缺陷。粉末高温合金中的主要缺陷有：一、原始颗粒边界，二、热诱导空洞，三、夹杂。因此，消除或减小这些缺陷造成的不良影响，成为粉末冶金工艺发展改进的目标之一。

一、原始颗粒边界。

原始颗粒边界是在粉末制备和随后的热等静压过程中形成的。制粉期间，粉末在冷却过程中会出现不同程度的元素偏析，同时还会生成一定数量的氧化物质点；热等静压期间，快凝粉末颗粒中的亚稳相组织向稳态转变，粉末表面富集的元素会形成稳定的第二相颗粒，表面存在的氧化物质点一般会加速这一过程的进行，在粉末颗粒边界处迅速析出大量第二相颗粒，严重时可形成一层连续网膜，勾勒出了粉末的边界，*终使合金锭坯中保留原始的粉末颗粒形貌。原始颗粒边界阻碍了粉末颗粒间的扩散和冶金结合，并且一旦形成就很难在随后的热处理过程中消除。严重的原始颗粒边界会显著降低合金的塑性和疲劳寿命，甚至造成制件在使用过程中发生断裂等恶性事故。有效减弱或消除原始颗粒边界的方法主要有: ① 调整合金化学成分，降低 C 和 Ti 含量，加入 Hf，Nb，Ta等强碳化物形成元素。② 采用粉末预热处理工艺，将松散粉末先在较低的 M23C6型碳化物稳定温度范围内进行预热处理，在颗粒内部树枝间形成M23C6型碳化物，再升至较高的 MC 型碳化物稳定温度范围进行热等静压压实，以减少热等静压时在粉末颗粒表面析出稳定的 MC 型碳化物。③ 采用两步法热等静压工艺，在加热过程中先在较低温度下保温，然后再升高到热等静压温度压实。④ 在略低于固相线的高温下进行热等静压处理，然后再进行热变形获得所需晶粒组织。⑤ 采用热挤压工艺破碎原始颗粒边界。

二、热诱导孔洞。

热诱导孔洞是由不溶于合金的残留氩气或氦气所引起的。在热处理过程中，残留气体膨胀，形成了不连续的孔洞。如果冷却后没有施加其它变形工艺，孔洞将滞留在合金中。合金中热诱导孔洞的来源，首先是雾化制粉过程中，惰性气体被包覆在粉末颗粒内部形成了空心粉; 第二是粉末脱气不完全，粉末颗粒表面吸附有氩气或氦气; 第三是包套有细微泄漏，在热等静压过程中，高压的氩气会压入包套内。热诱导孔洞易成为合金的裂纹源，导致合金拉伸强度和屈服强度下降，尤其是低周疲劳性能严重降低。热诱导孔洞的问题可以通过工艺控制来解决。

三、夹杂。

非金属夹杂是影响盘件寿命的主要因素，夹杂物主要是陶瓷夹杂、熔渣、异金属和有机物，来源于母合金、粉末制备和处理过程。夹杂物是低周疲劳的裂纹源，明显降低合金的塑性和低周疲劳寿命，也易形成淬火裂纹。减少粉末中夹杂物的有效措施主要是: 研发高纯净粉末制备和处理技术，从源头降低夹杂的含量；使用细粉，减小夹杂物的尺寸和数量。

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