T-CWAN 0136-2025 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)鈦基復(fù)合材料構(gòu)件熱等靜壓推.薦方法

ICS25.160.01CCSJ33團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)鈦基復(fù)合材料構(gòu)件熱等靜壓推薦方法Recommendedhotisostaticpressingprocessfornetworkstructtitaniummatrixcompositescompone2025-01-20發(fā)布 II 12規(guī)范性引用文件 13定義與術(shù)語(yǔ) 14一般要求 15工藝流程 26生產(chǎn)準(zhǔn)備 27熱等靜壓 38檢驗(yàn) 39包裝、運(yùn)輸、貯存、標(biāo)志和歸檔 4本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件的附錄A為資料性附錄本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)焊接協(xié)會(huì)提出并歸口本文件起草單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)、哈工大蘇州研究院、昆山一興泰鵬新材料科技有限公司、中國(guó)機(jī)械總院集團(tuán)鄭州機(jī)械研究所有限公司。本文件主要起草人：黃陸軍、耿林、孫徠博、陳潤(rùn)、孫楓泊、安琦、王帥、張芮、包陽(yáng)、崔喜平、韓亞坤、王存玉、魯偉航、張昕、陳昕、秦建。1網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)鈦基復(fù)合材料構(gòu)件熱等靜壓推薦方法本文件規(guī)定了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)鈦基復(fù)合材料構(gòu)件熱等靜壓的一般要求、生產(chǎn)準(zhǔn)備、技術(shù)要求、檢驗(yàn)規(guī)則以及包裝、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、標(biāo)志和歸檔。本文件適用于以球形鈦粉和陶瓷粉為原材料，通過(guò)熱等靜壓實(shí)現(xiàn)粉末致密并成形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)鈦基復(fù)合材料復(fù)雜構(gòu)件。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。GB/T228.1金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法GB/T228.2金屬材料拉伸試驗(yàn)第2部分：高溫試驗(yàn)方法GB/T1804一般公差未注公差的線性和角度尺寸的公差GB/T3620.1鈦及鈦合金牌號(hào)和化學(xué)成分GB/T4842氬GB/T5168鈦及鈦合金高低倍組織檢驗(yàn)方法GB/T8170數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定GB/T8180鈦及鈦合金加工產(chǎn)品的包裝、標(biāo)志、運(yùn)輸和貯存GB/T22315金屬材料彈性模量和泊松比試驗(yàn)方法GB/T32496金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)體體積含量試驗(yàn)方法圖像分析法GB/T34558金屬基復(fù)合材料術(shù)語(yǔ)GJB1580變形金屬超聲檢驗(yàn)方法YS/T1685航空航天熱等靜壓用球形鈦合金粉末3定義與術(shù)語(yǔ)3.1鈦基復(fù)合材料titaniummatrixcomposites在純鈦或鈦合金基體中引入或（和）自生增強(qiáng)體的復(fù)合材料。3.2網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)鈦基復(fù)合材料networkstructuredtitaniummatrixcomposites增強(qiáng)體呈三維網(wǎng)狀分布的鈦基復(fù)合材料，其中增強(qiáng)體多為非連續(xù)的陶瓷晶須或顆粒。3.3熱等靜壓hotisostaticpressing一種以氮?dú)饣驓鍤獾榷栊詺怏w為壓力傳遞介質(zhì)，將制件放置于密閉容器之中，在900~2000。C溫度和100~200MPa壓力的共同作用下，向制件施加各向同等壓力，獲得高性能致密構(gòu)件的技術(shù)。3.4包套capsule在熱等靜壓過(guò)程中，包裹粉末傳遞壓力的密閉薄壁模具。4一般要求4.1人員要求4.1.1技術(shù)人員與檢驗(yàn)人員在生產(chǎn)加工前均需進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)。4.1.2熱等靜壓操作工、儀表工和檢驗(yàn)工應(yīng)持有從事本崗位工作的合格證。24.1.3參與生產(chǎn)的人員對(duì)產(chǎn)品材料特征、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、狀態(tài)、工藝難點(diǎn)、圖紙及質(zhì)量要求有充分了解和認(rèn)4.2設(shè)備要求4.2.1所有設(shè)備需要定期維護(hù)和保養(yǎng)。4.2.2檢具與量具需定期較準(zhǔn)，并在計(jì)量有效期內(nèi)。4.2.3熱等靜壓設(shè)備保溫過(guò)程中溫度正負(fù)偏差小于20。C。4.3原料要求4.3.1球形鈦合金粉末，粒徑為50μm~180μm，鈦合金粉末成分符合GB/T3620.1的規(guī)定，鈦合金粉末的松裝密度、振實(shí)密度、流動(dòng)性、球形率、空心粉率等應(yīng)符合YS/T1685的規(guī)定。4.3.2推薦選用微米級(jí)TiB2粉末為陶瓷相原材料，粒徑為0.1μm~10μm占比高于90%，粒徑為0.1μm~20μm占比高于99.5%，純度不低于99%。5工藝流程網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)鈦基復(fù)合材料構(gòu)件熱等靜壓工作流程為：整體過(guò)程包括三步，生產(chǎn)準(zhǔn)備、熱等靜壓和檢驗(yàn)。具體流程應(yīng)按照以下步驟執(zhí)行：混合粉末制備→包套設(shè)計(jì)與加工→裝粉→焊封除氣→熱等靜壓→后續(xù)處理→檢驗(yàn)6生產(chǎn)準(zhǔn)備6.1混合粉末準(zhǔn)備6.1.1將陶瓷相顆粒與鈦合金粉末在行星球磨機(jī)中混合，球磨罐推薦選擇不銹鋼球磨罐。6.1.2球磨工藝為球料比4:1~6:1，球磨轉(zhuǎn)速為180rpm~220rpm，球磨時(shí)間4h~6h。6.1.3球磨前對(duì)球磨罐內(nèi)充放氬氣至少3次，氬氣純度應(yīng)符合GB/T4842規(guī)定。6.2包套設(shè)計(jì)與加工6.2.1為了保證熱等靜壓溫度能使陶瓷相與鈦合金充分反應(yīng)，復(fù)合材料致密，推薦熱等靜壓溫度大于1150℃。同時(shí)為了避免在此溫度區(qū)間鐵鈦發(fā)生的共晶反應(yīng)，包套所用材料應(yīng)為T(mén)A2牌號(hào)的純鈦，其化學(xué)成分符合GB/T3620.1規(guī)定。6.2.2采用線切割加工出鈦板，鈦板的加工尺寸由所需包套尺寸決定，加工尺寸誤差在±0.25mm以內(nèi)。6.2.3拼接包套前，采用角磨機(jī)或砂輪打磨鈦板邊緣位置去除表面氧化層。6.2.4利用TIG弧焊機(jī)點(diǎn)焊將拼接鈦版固定，焊接電流130A±10A。采用填絲焊接的方式將剩余拼接區(qū)域滿焊，滿焊時(shí)采用的電流為90A-100A。。6.2.5預(yù)留出上蓋板的位置作為裝粉入口，在蓋板中心位置打Φ8mm的孔，隨后焊接Φ8mm的除氣鈦管，并在鈦管端部放入鈦網(wǎng)，防止粉末被抽出。6.2.6所有焊縫表面應(yīng)無(wú)明顯氣孔和裂紋缺陷。采用高壓氣體清洗包套內(nèi)部，確保包套內(nèi)部無(wú)焊渣等雜質(zhì)。6.3裝粉6.3.1操作人員須佩戴防塵帽、口罩、一次性無(wú)塵手套，穿著潔凈的工作服。6.3.2裝粉前應(yīng)用酒精或丙酮擦拭粉末包裝瓶，防止包裝瓶表面雜質(zhì)落入粉末中。6.3.3從包套上蓋板位置緩慢倒入粉末，同時(shí)開(kāi)啟震動(dòng)機(jī)床將粉末震實(shí)。6.3.4混合粉末應(yīng)在開(kāi)包后48h內(nèi)用完，未在48h內(nèi)使用完畢的混合粉應(yīng)立即抽真空保存。開(kāi)包后的粉末要防止銹、鈦合金切割碎屑、油脂等雜質(zhì)污染。6.4封焊除氣6.4.1當(dāng)粉末與上蓋板平齊時(shí)，蓋上墊片和上蓋板，保證上蓋板與外套水平，采用TIG焊接工藝點(diǎn)焊加3滿焊的兩步法焊接上蓋板。6.4.2鈦管端部應(yīng)連接真空球閥，再用導(dǎo)氣管連接真空球閥與分子泵真空機(jī)的抽氣閥門(mén)，以確保導(dǎo)氣管無(wú)堵塞情況并且連接緊密。6.4.3推薦除氣溫度為560±20。C，達(dá)到真空度不低于6.0×10-4Pa。6.4.4包套不應(yīng)存在漏氣的情況，關(guān)閉抽氣閥兩分鐘后，真空度不應(yīng)低于2.0×10-3Pa。6.4.5每根鈦管焊封3~4個(gè)部位，每個(gè)部位間隔不超過(guò)3mm，確保焊封效果良好。6.4.6焊封完成后取下真空球閥，并且從最外側(cè)的焊封位置處去掉多余的鈦管。6.4.7運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)避免震動(dòng)。7熱等靜壓7.1設(shè)備選擇7.1.1根據(jù)構(gòu)件尺寸和數(shù)量選擇熱等靜壓機(jī)。7.1.2為避免石墨加熱體揮發(fā)出碳元素污染構(gòu)件，推薦采用鉬加熱體的熱等靜壓機(jī)。7.1.3為避免壓力介質(zhì)與構(gòu)件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，壓力介質(zhì)為氬氣，氬氣符合GB/T4842的要求。7.2工藝參數(shù)熱等靜壓推薦工藝參數(shù)為，溫度1150~1350。C，壓力100~140MPa，保溫時(shí)長(zhǎng)2-10h。7.3后續(xù)處理7.3.1目視觀察，熱等靜壓后的表面不允許出現(xiàn)藍(lán)色或灰黑色。7.3.2熱等靜壓后依次進(jìn)行初加工和深加工，去除包套，并達(dá)到表面精度。標(biāo)出超標(biāo)準(zhǔn)的凹陷點(diǎn)。7.3.3熱等靜壓后應(yīng)對(duì)構(gòu)件超出標(biāo)準(zhǔn)的凹陷進(jìn)行清理和補(bǔ)焊，補(bǔ)焊后的構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力的真空退火。8檢驗(yàn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)鈦基復(fù)合材料熱等靜壓構(gòu)件的檢驗(yàn)項(xiàng)目如表1所示，若有特殊的使用條件所需的試驗(yàn)由供需雙方協(xié)商確定補(bǔ)充檢驗(yàn)項(xiàng)目。同批原材料、在相同工藝條件下連續(xù)生產(chǎn)的構(gòu)件為一批。注：連續(xù)生產(chǎn)界定為生產(chǎn)過(guò)程中時(shí)間間斷不超過(guò)30天，人員設(shè)備狀態(tài)一致。表1檢驗(yàn)與試驗(yàn)項(xiàng)目狀態(tài)試驗(yàn)種類(lèi)每批構(gòu)件試驗(yàn)比例或數(shù)量粉末混合粉末形貌檢驗(yàn)熱等靜壓構(gòu)件外觀檢驗(yàn)室溫拉伸試驗(yàn)高溫拉伸試驗(yàn)室溫彈性模量試驗(yàn)低倍組織檢驗(yàn)顯微組織檢驗(yàn)超聲檢驗(yàn)3個(gè)3個(gè)2個(gè)1個(gè)1個(gè)8.1混合粉末形貌檢驗(yàn)8.1.1混合粉末顏色均勻，流動(dòng)性良好，不應(yīng)出現(xiàn)結(jié)塊、發(fā)黃等情況。8.1.2利用掃描電子顯微鏡觀察混合粉末形貌，陶瓷相應(yīng)均勻鑲嵌在球形鈦粉表面，無(wú)大量陶瓷相脫落的情況出現(xiàn)。8.2構(gòu)件外觀檢驗(yàn)8.2.1機(jī)械加工后表面應(yīng)整潔、無(wú)肉眼可見(jiàn)的夾雜、不致密區(qū)域、裂紋或腐蝕斑點(diǎn)。8.2.2每個(gè)構(gòu)件關(guān)鍵尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙與合同要求。48.3試樣試樣經(jīng)線切割切取、研磨后，表面粗糙度（Ra）的最大值為6.3μm。試樣尺寸公差應(yīng)符合相關(guān)辦法標(biāo)準(zhǔn)或GB/T1804中精密等級(jí)的規(guī)定。8.4力學(xué)性能檢驗(yàn)8.4.1室溫拉伸試樣尺寸與試驗(yàn)方法應(yīng)依據(jù)GB/T228.1進(jìn)行，合格指標(biāo)由供需雙方協(xié)商確定。8.4.2高溫拉伸試樣尺寸與試驗(yàn)方法應(yīng)依據(jù)GB/T228.2進(jìn)行，測(cè)試溫度及合格指標(biāo)由供需雙方協(xié)商確定。8.4.3室溫彈性模量試樣尺寸與試驗(yàn)方法應(yīng)依據(jù)GB/T22315進(jìn)行，合格指標(biāo)由供需雙方協(xié)商確定。8.5組織檢驗(yàn)8.5.1低倍組織按照GB/T5168規(guī)定的方法測(cè)定。不應(yīng)有裂紋、縮尾、氣孔、金屬夾雜或非金屬夾雜、影響使用的偏析及其他目視可見(jiàn)的冶金缺陷。8.5.2顯微組織中陶瓷相應(yīng)呈三維網(wǎng)狀分布，結(jié)果如圖1所示，不應(yīng)存在陶瓷相偏聚，組織中不應(yīng)存在未反應(yīng)的陶瓷相原料。增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)應(yīng)依據(jù)GB/T32496規(guī)定的方法測(cè)定。圖1網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)鈦基復(fù)合材料熱等靜壓構(gòu)件組織8.6超聲檢驗(yàn)構(gòu)件熱等靜壓后進(jìn)行超聲檢驗(yàn)，測(cè)試應(yīng)依據(jù)GJB1580，測(cè)試結(jié)果應(yīng)達(dá)到GJB1580規(guī)定的AA級(jí)。9包裝、運(yùn)輸、貯存、標(biāo)志和歸檔9.1包裝、運(yùn)輸、貯存網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)鈦基復(fù)合材料熱等靜壓構(gòu)件的包裝、運(yùn)輸和貯存應(yīng)符合GB/T8180的規(guī)定。9.2標(biāo)志應(yīng)在產(chǎn)品包裝上標(biāo)明以下印記：——本文件編號(hào)；——生產(chǎn)廠家