鈦合金粉末冶金技術研究

周 鵬

（西安航空職業技術學院航空材料工程學院，陜西 西安 710089）

鈦合金之所以能在我國的冶金制造中取得重要的地位，主要取決于其自身所獨有的優勢。鈦及其鈦合金具有強度高、無磁性、抗氧化能力強、韌性好等優勢，被廣泛的應用于我國的航空航天、電力以及化工醫療等事業。鈦及其鈦合金的研究在我國已經有多年的發展歷史，我國從1954便開始涉足海綿鈦采集工藝的相關研究，截止至目前，我國鈦的總產量位居世界前列[1]。雖然鈦合金取得了廣泛的應用，但由于鈦合金制品的制造成本較高，加之傳統的制造工藝頗為復雜，在一定程度上限制了鈦合金制品的應用范圍。因此，我國要不斷探索鈦合金制品的新型生產技術，借鑒國外的先進發展手段，并將材料損失降到最低，以此來進一步降低鈦合金的生產成本。目前，我國制造鈦合金部件的方法主要分為以下三種：一是傳統的鍛造材料加工；二是鈦合金部件的鍛造；三是鈦合金粉末冶金。鈦的化學性能非常活潑，在高溫的作用下，很容易與其他化學物質發生化學反應，進而導致鈦合金產品的性能出現下降。在進行鈦合金產品的生產過程中，其對生產環境及其生產設備有很高的要求，基于此，鈦合金粉末冶金工藝的生產成本很難降低[2]。

1 鈦合金粉末冶金技術研究

鈦合金粉末冶金通常使用的技術方法是熱等靜壓，這種生產技術可以在一定程度上降低鈦合金粉末冶金的生產成本，同時還可以提高鈦合金粉末冶金的生產產量。通過熱等靜壓技術生產出的鈦合金部件，一般不需要再對其進行修剪與調整，能很好的控制好鈦合金粉末冶金技術產品的大小。所謂的熱等靜壓技術主要是指將高溫與高壓相結合的工藝生產技術，在密閉的容器內通過高壓惰性氣體作為傳播介質[3]。同時，鈦合金粉末冶金工業化生產還具有生產成本低、產品性能好等優勢，在整個鈦合金粉末冶金工業化生產的過程中，所投入的設備較少，兼具生產工藝流程短、生產靈活性較高等，使得整個生產過程的資本投入都較少，有利于企業提高經營效益。通過使用鈦合金粉末冶金生產工藝，還可以提高金屬的利用率，進而來節約生產成本。本實驗主要是通過采用氣體霧化法對預合金粉進行生產，并結合熱等靜壓技術對鈦合金粉末進行冶金制造，其中其主要的工作流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

1.1 鈦合金粉末冶金技術工作原理

通過在密封的容器內，在高溫與高壓的雙重作用下，對容器內的靜態液體或氣體產生的一種外在的靜壓力，可以讓其的各個方面都能均勻受力，但每個表面所受力的大小主要取決于其表面積的大小。在高溫與高壓的密閉環境內，此時密閉環境中的包套會發生軟化并伴隨收縮現象的產生，進而對內部的粉末產生擠壓力。在該種條件下，粉末的致密化大體可以分為三個階段，每一階段都具有各自的形態變化。通過使用熱等靜壓的方法來加工及冶煉鈦合金粉末，所得到的鈦合金粉末冶金技術產品在力學性能方面具有很大的優勢，與其他方法冶煉出的產品相比還具有拉伸度強、屈服程度較高等優勢。鈦合金粉末粒度的大小以及成分是否可控，對燒后的鈦合金性能起到至關重要的作用[7]。眾所周知，鈦的化學活性較強，極易與其他化學物質發生反應，因此在整個熱等靜壓的過程中嚴格控制好氧的含量。鈦合金粉具有冶金件的性能、鍛造性能以及擠壓性能。其中鍛造性能主要是指，在高溫的作用條件下，對鈦合金粉末冶金件進行鍛造，當高溫鍛造完成后，鈦合金冶金粉末冶金件進行冷卻處理，若如相應條件達到具體的使用指標，就可以用于承力件的應用。

通過運用近凈形成型工藝來制造各零部件，等熱等靜壓將其靜壓成型后，再通過預合金粉助其實現部件的近凈形成型，以此來達到同時擁有高性能和低成本的兩大優勢。

1.2 鈦合金粉末冶金技術及其流程

首先要進行設備的選擇。熱等靜壓設備的組成主要包括以下幾個部分：高壓容器、加熱爐、壓縮機、真空泵以及計算機控制系統等；熱等靜壓所選用的設備為QIH—32的熱等靜壓機。其中，熱等靜壓機的工作壓力可以達到80—150Mpa，溫度一般會控制在1000—2000攝氏度的條件之下。熱等靜壓機可以分為上、中、下三個區域來對工作時的溫度進行調控[4]。其次是要進行原料粉的準備，原料粉的成份及其粒度如表1所示。

表1 原料粉成分及其粒度

最后，是對試樣進行制備。通過選取三種不同粒度的預合金粉進行試驗，其中，對于粉末的填充主要是在真空中或者是充滿惰性氣體的封閉空間中所進行的，在此過程中要對包套進行不斷地震動。對于包套的安裝主要是選用加工及焊接好的不銹鋼包套，采取不斷震動的方式將預合金粉裝入進包套之中，待全部安裝完畢后，在封閉好的包套處留一個出氣口[5]。其次，做好除氣工作，對已經裝好預合金粉末的包套加熱，以此來除去包套內的空氣及其水分，并焊接好包套。最后是進行熱等靜壓的處置。將安裝好的包套放置于熱等靜壓機中，等一切準備就緒后除去包套，最終得到成品[6]。

2 結束語

本文對鈦合金粉末冶金技術研究進行分析，鈦合金粉末冶金技術是一種新型的鈦合金材料制備技術，被廣泛的應用于各個領域，并取得了良好的效果。通過研究發現，預合金粉工藝所制備的鈦合金粉末制材，均可達到鍛件的性能要求，并且預合金工藝生產技術可以同時實現高性能、低成本的要求，能在工業領域中擁有更好的應用前景。在此基礎上，我國應積極推進鈦合金市場的發展，擴大鈦合金的應用領域。希望本文的研究能夠為鈦合金粉末冶金技術研究提供理論依據。