真空熱壓制備純鈦和Ti-6Al-7Nb 合金及其性能研究

常規方法制備鈦及鈦合金的成本較高，而采用粉末冶金方法可以顯著降低成本。Bolzoni 等人采用真空熱壓方法，利用鈦粉及合金粉在不同條件下熱壓來研究熱壓參數對純鈦及Ti-6Al-7Nb 合金組織及性能的影響。

熱壓制備純鈦的原料是200 目和500 目的鈦粉，制備Ti-6Al-7Nb 合金的原料由200 目的鈦粉與Nb、Al、Ti 比為60∶35∶5 的母合金粉混合而成。將200目鈦粉、500 目鈦粉以及混合粉末分別裝入石墨模具中。為便于脫模并避免高溫下粉末與模具直接接觸，在模具上涂覆BN 涂層。分別在900、1 000 ℃熱壓1 h 或1 300 ℃熱壓30 min，熱壓的最大壓力為30 MPa，升溫速率為10 ℃/min，真空度為9.9 ×10-5Pa。研究了熱壓獲得的兩種純鈦試樣及Ti-6Al-7Nb 合金試樣(混合粉末壓制)的相對密度、組織、物相、間隙元素含量、三點彎曲性能及硬度。結果表明，隨著熱壓溫度的升高，鈦及鈦合金的相對密度均有所提高。其中500 目的鈦粉由于比表面積較大，O 含量較高，制備出的純鈦試樣相對密度低于200 目鈦粉制備的試樣。200 目鈦粉在900 ℃熱壓制備的試樣孔隙較小，尺寸大約為10 μm，而在1 300 ℃熱壓后孔隙基本消失，相對密度達到99%以上。在1 300 ℃熱壓制備的Ti-6Al-7Nb 合金獲得了典型的α+β組織。純鈦及Ti-6Al-7Nb 合金熱壓試樣中的O及C 元素均沒有變化，但N 元素含量升高。這是因為Ti 在高溫下與模具涂層BN 接觸時會發生反應生成TiN、TiB，促進了N 與B 向Ti 基體擴散。另外TiN 及TiB 的生成還嚴重影響了試樣的彎曲性能。由于間隙元素、晶粒尺寸以及基體與BN 涂層的反應等復合作用，試樣的彎曲性能受加工溫度的影響極大。磨掉外表面反應層有利于提高純鈦及Ti-6Al-7Nb合金的最大彎曲強度。