钛合金粉末冶金技术研究

周 鹏

（西安航空职业技术学院航空材料工程学院，陕西 西安 710089）

钛合金之所以能在我国的冶金制造中取得重要的地位，主要取决于其自身所独有的优势。钛及其钛合金具有强度高、无磁性、抗氧化能力强、韧性好等优势，被广泛的应用于我国的航空航天、电力以及化工医疗等事业。钛及其钛合金的研究在我国已经有多年的发展历史，我国从1954便开始涉足海绵钛采集工艺的相关研究，截止至目前，我国钛的总产量位居世界前列[1]。虽然钛合金取得了广泛的应用，但由于钛合金制品的制造成本较高，加之传统的制造工艺颇为复杂，在一定程度上限制了钛合金制品的应用范围。因此，我国要不断探索钛合金制品的新型生产技术，借鉴国外的先进发展手段，并将材料损失降到最低，以此来进一步降低钛合金的生产成本。目前，我国制造钛合金部件的方法主要分为以下三种：一是传统的锻造材料加工；二是钛合金部件的锻造；三是钛合金粉末冶金。钛的化学性能非常活泼，在高温的作用下，很容易与其他化学物质发生化学反应，进而导致钛合金产品的性能出现下降。在进行钛合金产品的生产过程中，其对生产环境及其生产设备有很高的要求，基于此，钛合金粉末冶金工艺的生产成本很难降低[2]。

1 钛合金粉末冶金技术研究

钛合金粉末冶金通常使用的技术方法是热等静压，这种生产技术可以在一定程度上降低钛合金粉末冶金的生产成本，同时还可以提高钛合金粉末冶金的生产产量。通过热等静压技术生产出的钛合金部件，一般不需要再对其进行修剪与调整，能很好的控制好钛合金粉末冶金技术产品的大小。所谓的热等静压技术主要是指将高温与高压相结合的工艺生产技术，在密闭的容器内通过高压惰性气体作为传播介质[3]。同时，钛合金粉末冶金工业化生产还具有生产成本低、产品性能好等优势，在整个钛合金粉末冶金工业化生产的过程中，所投入的设备较少，兼具生产工艺流程短、生产灵活性较高等，使得整个生产过程的资本投入都较少，有利于企业提高经营效益。通过使用钛合金粉末冶金生产工艺，还可以提高金属的利用率，进而来节约生产成本。本实验主要是通过采用气体雾化法对预合金粉进行生产，并结合热等静压技术对钛合金粉末进行冶金制造，其中其主要的工作流程如图1所示。

图1 工艺流程图

1.1 钛合金粉末冶金技术工作原理

通过在密封的容器内，在高温与高压的双重作用下，对容器内的静态液体或气体产生的一种外在的静压力，可以让其的各个方面都能均匀受力，但每个表面所受力的大小主要取决于其表面积的大小。在高温与高压的密闭环境内，此时密闭环境中的包套会发生软化并伴随收缩现象的产生，进而对内部的粉末产生挤压力。在该种条件下，粉末的致密化大体可以分为三个阶段，每一阶段都具有各自的形态变化。通过使用热等静压的方法来加工及冶炼钛合金粉末，所得到的钛合金粉末冶金技术产品在力学性能方面具有很大的优势，与其他方法冶炼出的产品相比还具有拉伸度强、屈服程度较高等优势。钛合金粉末粒度的大小以及成分是否可控，对烧后的钛合金性能起到至关重要的作用[7]。众所周知，钛的化学活性较强，极易与其他化学物质发生反应，因此在整个热等静压的过程中严格控制好氧的含量。钛合金粉具有冶金件的性能、锻造性能以及挤压性能。其中锻造性能主要是指，在高温的作用条件下，对钛合金粉末冶金件进行锻造，当高温锻造完成后，钛合金冶金粉末冶金件进行冷却处理，若如相应条件达到具体的使用指标，就可以用于承力件的应用。

通过运用近净形成型工艺来制造各零部件，等热等静压将其静压成型后，再通过预合金粉助其实现部件的近净形成型，以此来达到同时拥有高性能和低成本的两大优势。

1.2 钛合金粉末冶金技术及其流程

首先要进行设备的选择。热等静压设备的组成主要包括以下几个部分：高压容器、加热炉、压缩机、真空泵以及计算机控制系统等；热等静压所选用的设备为QIH—32的热等静压机。其中，热等静压机的工作压力可以达到80—150Mpa，温度一般会控制在1000—2000摄氏度的条件之下。热等静压机可以分为上、中、下三个区域来对工作时的温度进行调控[4]。其次是要进行原料粉的准备，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，是对试样进行制备。通过选取三种不同粒度的预合金粉进行试验，其中，对于粉末的填充主要是在真空中或者是充满惰性气体的封闭空间中所进行的，在此过程中要对包套进行不断地震动。对于包套的安装主要是选用加工及焊接好的不锈钢包套，采取不断震动的方式将预合金粉装入进包套之中，待全部安装完毕后，在封闭好的包套处留一个出气口[5]。其次，做好除气工作，对已经装好预合金粉末的包套加热，以此来除去包套内的空气及其水分，并焊接好包套。最后是进行热等静压的处置。将安装好的包套放置于热等静压机中，等一切准备就绪后除去包套，最终得到成品[6]。

2 结束语

本文对钛合金粉末冶金技术研究进行分析，钛合金粉末冶金技术是一种新型的钛合金材料制备技术，被广泛的应用于各个领域，并取得了良好的效果。通过研究发现，预合金粉工艺所制备的钛合金粉末制材，均可达到锻件的性能要求，并且预合金工艺生产技术可以同时实现高性能、低成本的要求，能在工业领域中拥有更好的应用前景。在此基础上，我国应积极推进钛合金市场的发展，扩大钛合金的应用领域。希望本文的研究能够为钛合金粉末冶金技术研究提供理论依据。