《粉末冶金超合金近終形製造相關基礎問題研究》是依託北京科技大學，由曲選輝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：粉末冶金超合金近終形製造相關基礎問題研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：曲選輝
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
粉末冶金超合金具有優異的高溫力學性能、良好的抗氧化和耐腐蝕性能，是許多現代國防裝備建設和國民經濟發展不可替代的關鍵材料。本項目以實現粉末超合金近終形製備為目標，針對注射成形粉末高溫合金零件燒結變形嚴重、原料粉末製備成本高等問題，基於強化燒結理論，提出了綜合利用增加粉末比表面積和晶格畸變、提高化學成分梯度等機制來強化燒結過程、降低燒結溫度、減少燒結變形的新思路。通過重點研究中間合金的成分設計與製備，粉末及餵料的均勻性與流變行為，混合粉末多孔成形坯在燒結過程中的原子遷移行為與相變規律等關鍵科學問題，為建立粉末超合金等高合金化材料的粉末注射成形技術奠定理論和技術基礎。該研究對擴大高性能粉末超合金和注射成形技術的套用有積極的推動作用，具有重要的理論意義和經濟價值。
結題摘要
建立了綜合利用增加粉末比表面積和晶格畸變、提高化學成分梯度等機制來強化燒結過程、降低燒結溫度、減少燒結變形的新途徑。以MIM418、MIM491兩種鎳基高溫合金和一類輕質鈮基高溫合金及其典型套用實例為研究對象，重點研究了中間合金的成分設計與製備，粉末及餵料的均勻性與流變行為，混合粉末多孔成形坯在燒結過程中的原子遷移行為與相變規律等關鍵科學問題，成功製備出細粒徑、高燒結活性的母合金粉末，實現粉末超合金的近終成形，所得粉末高溫合金接近全緻密，綜合力學性能優異。基於熱力學計算方法，設計了MA35Ni、MA50Ni和MA60Ni等多種成分的母合金，其中MA35Ni具有低的瞬時液相形成溫度、良好的毛細滲透能力與擴散速率。採用鑄錠破碎法製備的母合金粉末粒徑細小，平均粒徑均小於30μm，氧含量≤0.2%。惰性氣體霧化法的母合金粉末呈球形，氧含量僅有0.049%。設計出具有良好流變性能、易脫除的石蠟基粘結劑。設計了側向抽芯模具結構和中空結構渦輪，減輕了渦輪重量，減小了脫脂和燒結變形。利用有限元法對餵料充模過程進行模擬，實現複雜形狀渦輪的近終成形。母合金粉末在低於燒結溫度下形成瞬時液相，促進合金元素擴散和緻密化。合金元素以粉末表面空位和燒結頸為擴散通道，呈現出不同步擴散機制。γ相形成元素在瞬時液相出現前擴散緩慢，主要通過瞬時液相與固相的相互作用實現均勻化。碳化物的轉變也依賴瞬時液相的生成。Al元素主要為固相擴散，在瞬時液相出現之前已均勻化。母合金法製備的MIM418合金的緻密度大於99.5%。與機械合金化和鑄錠破碎法製備的母合金粉末相比，氣霧化母合金粉末製備的MIM418合金的顯微組織均勻，綜合力學性能優異。母合金法MIM418合金的力學性能接近氣霧化法MIM418合金，遠高於鑄造K418合金，抗拉強度和屈服強度比鑄造K418合金提高了23.2%和42.5%。基於鎳基合金粉末注射成形餵料設計原理和流變規律，完善了鈮基合金、鐵基軟磁合金和氮化鋁陶瓷粉末注射成形粘結劑體系，並成功製備出了鈮基合金蜂窩結構型材、軟磁合金和氮化鋁陶瓷製品，通過了用戶考核，部分產品獲得了廣泛套用。該研究對推動粉末高溫合金和注射成形技術套用具有重要作用。發表學術論文12篇，獲授權國家發明16項，獲國家級教學成果一等獎1項，省部級技術發明一等獎2項，科技進步二等獎2項。
