论钛合金粉末热等静压技术的发展现状

（西安航空职业技术学院航空材料工程学院，陕西 西安 710089）

现如今，钛合金材质和技术的发展在我国已经得到了较为广泛的应用。现在的研究已经显现它在有关领域还存在着光明的应用前景。但由于钛合金的熔点比较高、加工的难度也比较大、它的原材料的成本也比较高，它的这些个特点制约了它的应用范围。为更好的解决这个难题，世界上的许多个国家都委派相关领域的研究人员对其进行研究，在研究人员的不懈努力下，针对钛合金他们提出了一系列的较为成熟的成形工艺法，例如精密铸造、注射成型、模锻、增材制造、热等静压粉末冶金等[1]。钛合金粉末热等静压技术在早期的时候，主要是用来进行制备核燃料，工艺过程为：首先根据产品的外形进行计算，然后设计出该产品的适合模具，随后在里面进行填充金属粉末，再经过真空的抽气，最后进行热等静压，从而得到全致密的金属零部件，最后使用少量的机器加工或化学腐蚀等方法，去掉它的包套，即可获得力学性能与锻件相当、尺寸精度的较为复杂的结构零件。关于钛合金粉末的热等静压技术在西方国家首先发展的，西方国家的技术发展现已经发展成熟，经过科学家许多年进行研究，该技术取得了越来越有效的进步，在该领域已经形成了较为完整的技术体系和较为丰富多样的工艺路线。

1 原材料粉末的选用得到提升

关于材料及工艺的研究方面，钛合金粉末技术领域对其进行了多年的研究。在许许多多的课题支持下，通过型号牵引，这项技术在技术储备以及生产能力的建设，这些方面都已经实现了跨越式的发展。对原材料进行制备、选用、检测、热等静压这些工艺的参数优化、复杂结构件近净成形技术等方面都做了较为整体系统的研究，并取得了较大的突破[2]。钛合金粉末是工艺的基础，但我国尚没有形成比较完备的技术标准。为此，有关材料及工艺的研究所变开展了系统的粉末制备和选用的相关研究。通过研究出的工艺方法进行对比和成形性能的验证，明确得出了有关钛合金粉末的成分控制、夹杂物控制、粒径分布等关键信息，掌握了影响钛合金粉末粉体洁净度和力度分布对材料性能的发展规律，形成了钛合金粉末热等静压技术的有关标准，并应用于机器零件型号的研制和生产之中。

2 结构件的性能得到优化

到目前为止，关于材料及工艺的研究所都能够实现了全致密钛合金粉末通过热等静压技术下机器零部件等机器构件的制备，能够完成对粉末钛合金组织和性能的优化，使用材料的力学性能已经全面达到锻件水平，如下表1所示。

表1 材料的力学性能

现在关于研究钛合金的部门，里面的研究人员近几年来一直从事着关于新型钛合金材料的研究，已经发展出了能够具有高损伤容限的中强度与高强度的钛合金，如结构钛合金与高温钛合金等这些钛合金他们的性能已经得到了一定程度的优化发展，他们还重点开展了利用计算模拟辅助的功能近净成形下进行加工的方法、显微组织与性能关系的研究等。他们团体中的人们采用预合钛合金化粉末、热等静压成形和后续热处理工艺，成形了新的样品，新品的结构致密，在进行热处理后晶粒细小，且稀土相颗粒小而弥散。还有人研究了钛合金粉末热等静压压坯的致密化行为及性能，结果表明在940℃、150MPa下热等静压成形，能够完全材料的消除孔隙，达到全致密的效果，且合金的晶粒比较细小均匀，没有孔隙的缺陷。在材料形成的各个不同温区，粉末钛合金的强度和弹性模量相比起锻造钛合金都显现得要高。当温度在高于500℃以后，关于材料的弹性模量的对比差距更加明显，这也有利于保持材料在高温区间的维持它原有形态的能力。

3 技术在多工艺中得到应用

针对钛合金所有零件的型号特殊结构的需求，完成了钛合金粉末成形过程的变形控制、芯模快速除去技术、产品批量化的生产等的研究，实现了钛合金粉末这项技术在机械制造型号中的较为广泛的应用。到目前为止，钛合金粉末热等静压技术已经应用到了舵翼骨架类、舱体类和异型结构类这三大产品的应用上去，其中的部分产品现在已经实现了大规模批生产。该技术应用等零部件的结构这项工艺现在已经能够实现制备产品的大批量生产，产品筋条部位都已经成为净成形，极大地提高了产品的原材料的利用率，在该技术的指引下，现在工厂已经可以实现了数千件的产品生产与制造。

钛合金粉末热等静压技术能够制造具有多种较为复杂的内部结构的舱体类型零件。该技术在对于实现构件的整体成形有着重要的作用。钛合金粉末热等静压技术与传统的工艺有着许多优点：化学成分比较稳定，钛合金粉末通过控制其成分和包套洁净度，制造的构件的化学成分可以得到很好地控制；同性的力学性能比较强，所制造的构件在形成的过程中所要承受的在各向的同性气压作用下，在各个方向上受力都比较均匀，因而在成形后的性能也是各向同性而且均匀的；它的结构适应性较好，成形用的芯模可以采用分体式的设计，能够满足各类不同形状产品的需求；而且它的成本较低，该工艺材料利用率和成品率都比较高，能提高效率也能大幅度地降低生产成本。由于钛合金具有的以上较为良好的特点优势，钛合金热等静压技术被认为是钛合金的构件成形中的最为有效的方法，这项技术也受到世界其他国家的研究员的关注重视，大家对其展开了大量的理论研究和让其成形的试验研究，并能够在机器的型号中得到了较为广泛的应用。此外，粉末冶金工艺也在各种异形、结构复杂的构件的制造中得到了应用，例如各类叶轮、支架和喷管等。对于这类型的零件，该工艺能够解决传统工艺中存在的问题，能够实现该产品的净成形。目前，材料及其工艺研究所这些机构中通过钛合金粉末热等静压技术制造出的结构产品也已经实现较完整的研究成果，形成了有关舵翼骨架类、舱体类和异型结构类这三类的产品体系建设，也能够实现制造产品的较大规模较大批量的生产，这项技术被广泛应用在各个领域的多个型号之中。

4 结语

综上所述，在研究了关于钛合金粉末热等静压技术发展现状同时，发现在我国该工艺制造难度较大、使用费用较高，但有关钛合金制造技术在其他各国已受到部分研究人员的重视。钛合金粉末热等静压技术在西方国家的研究起步较早，西方国家在这一领域中的发展已经有多年的研究经验，在理论基础和工程应用等方面都处于世界的前列，近年来，我国的研究成果也得到了很大的发展，在多个领域也已经获得了部分突破成果，希望这项技术的发展越来越好，能够应用到更多的领域，促进社会经济的发展。