高硅含量高温钛合金粉末热锻制备及硅化物析出状态对力学行为的影响

In order to enhance the mechanical properties of Ti-Al-Si-Zr system high temperature alloy with high Si content, a technology combining plasma atomization with powder forging will be used to prepare powder alloy.Firstly the high quality Ti alloy powder will be prepared by plasma atomization. Then powder Ti alloy will be prepared by mechanical molding and vacuum sintering.Finally the sample will be processed by isothermal forging to achieve high mechnical properties.The main research contents include follows: Studying the effect law of atomization process parameters on physical and chemical properties, microstructure of powder. Studying the effect mechanism of physical and chemical properties from powder on mechnical properties of Ti alloy. Studying the effect law of forging process parameters on density,microstructure and mechanical properties. Focusing on studying the effect mechanism of silicide precipitates on mechnical properties of powder Ti alloy.Successful completion of this project will develop a new method for preparing such kind of high temperature Ti alloy and extend its application range.Hence, the project has important scientific meanings and wide application prospects.

为了提高高硅含量Ti-Al-Si-Zr系高温钛合金的综合力学性能，本项目提出将等离子雾化制粉技术与粉末锻造加工相结合，先等离子雾化制备出高品质钛合金粉末，通过机械模压和真空烧结制备出烧结胚。后续采用等温锻造进行加工，制备出具有优异综合力学性能的粉末钛合金。主要研究内容为：研究等离子雾化制粉过程中工艺参数对粉末的物化性能、相组成和组织结构的影响规律；研究制得钛合金粉末的物化性能差异对最终粉末钛合金力学性能的影响关系；研究烧结胚热锻过程中，工艺参数对钛合金致密度、组织结构和力学性能的影响规律；重点研究硅化物的析出状态对钛合金力学性能的影响。本项目的顺利完成将形成一种此类高温钛合金的新的加工方法，并拓展此类钛合金的应用范围，具有重要的科学意义与广泛的应用前景。

高温钛合金是钛合金的主要发展方向之一。随着航空航天事业的发展，钛合金的使用温度要求逐步提高，已经由20世纪50年代的400℃提高到目前的大于600℃。包括我国在内的许多国家投入大量人力、物力对此开展了研究工作，目前处于领先水平的国家有美国、英国、俄罗斯、乌克兰等。乌克兰国家科学院在高温钛合金基础理论、合金成分设计方面有丰富的经验，合金体系以高硅含量（>0.5%）的Ti-Al-Si-Zr为主，加工方法采用铸造，高温强度高，但塑性较差。钛相对高昂的价格阻碍了它的进一步推广，所以钛合金的低成本制造技术成为研究热点，其中重要的一项就是粉末冶金技术的应用。本项目拟采用粉末冶金方法制备此类高温钛合金，探明其组织结构与力学性能的关系，尤其是硅化物析出状态对力学行为的影响，制备出高性能的钛合金。.本项目先优选高Si含量高温钛合金成分为Ti-6.5Al-1.4Si-2Zr-0.5Mo-2Sn，采用“等离子旋转电极雾化+热等静压+等温锻造”工艺，创新性地将粉末冶金技术与热变形加工技术结合起来，查阅国内外文献，尚未见到相关工艺报导。采用等离子旋转电极雾化制粉技术，可制备高品质钛合金粉末。后续采用热等静压进行成型固结以及等温锻造热变形加工，可破碎粗大硅化物，并实现在基体中的弥散分布，从而提高高硅含量高温钛合金的力学性能。本项目制备出的高温钛合金综合力学性能超过传统的Ti1100等钛合金。本项目的设计成分以及工艺路线已申报国家发明专利，并已得到授权。本项目研究成果已在“2017亚洲粉末冶金会议”以及“第四届钛合金粉末冶金及其增材制造国际会议”进行口头报告，得到参会专家、学者的一致好评。项目相关成果已发表SCI论文一篇，EI论文2篇。研发的高温钛合金已制备出摩托车发动机气阀，开展应用实验。本项目的开展为国内外高温钛合金的设计以及加工工艺提供了一条新的思路，可有效促进高温钛合金的发展，提高我国高温钛合金的研究水平，促进我国航空航天、汽摩领域的发展。