論鈦合金粉末熱等靜壓技術的發展現狀

（西安航空職業技術學院航空材料工程學院，陜西 西安 710089）

現如今，鈦合金材質和技術的發展在我國已經得到了較為廣泛的應用。現在的研究已經顯現它在有關領域還存在著光明的應用前景。但由于鈦合金的熔點比較高、加工的難度也比較大、它的原材料的成本也比較高，它的這些個特點制約了它的應用范圍。為更好的解決這個難題，世界上的許多個國家都委派相關領域的研究人員對其進行研究，在研究人員的不懈努力下，針對鈦合金他們提出了一系列的較為成熟的成形工藝法，例如精密鑄造、注射成型、模鍛、增材制造、熱等靜壓粉末冶金等[1]。鈦合金粉末熱等靜壓技術在早期的時候，主要是用來進行制備核燃料，工藝過程為：首先根據產品的外形進行計算，然后設計出該產品的適合模具，隨后在里面進行填充金屬粉末，再經過真空的抽氣，最后進行熱等靜壓，從而得到全致密的金屬零部件，最后使用少量的機器加工或化學腐蝕等方法，去掉它的包套，即可獲得力學性能與鍛件相當、尺寸精度的較為復雜的結構零件。關于鈦合金粉末的熱等靜壓技術在西方國家首先發展的，西方國家的技術發展現已經發展成熟，經過科學家許多年進行研究，該技術取得了越來越有效的進步，在該領域已經形成了較為完整的技術體系和較為豐富多樣的工藝路線。

1 原材料粉末的選用得到提升

關于材料及工藝的研究方面，鈦合金粉末技術領域對其進行了多年的研究。在許許多多的課題支持下，通過型號牽引，這項技術在技術儲備以及生產能力的建設，這些方面都已經實現了跨越式的發展。對原材料進行制備、選用、檢測、熱等靜壓這些工藝的參數優化、復雜結構件近凈成形技術等方面都做了較為整體系統的研究，并取得了較大的突破[2]。鈦合金粉末是工藝的基礎，但我國尚沒有形成比較完備的技術標準。為此，有關材料及工藝的研究所變開展了系統的粉末制備和選用的相關研究。通過研究出的工藝方法進行對比和成形性能的驗證，明確得出了有關鈦合金粉末的成分控制、夾雜物控制、粒徑分布等關鍵信息，掌握了影響鈦合金粉末粉體潔凈度和力度分布對材料性能的發展規律，形成了鈦合金粉末熱等靜壓技術的有關標準，并應用于機器零件型號的研制和生產之中。

2 結構件的性能得到優化

到目前為止，關于材料及工藝的研究所都能夠實現了全致密鈦合金粉末通過熱等靜壓技術下機器零部件等機器構件的制備，能夠完成對粉末鈦合金組織和性能的優化，使用材料的力學性能已經全面達到鍛件水平，如下表1所示。

表1 材料的力學性能

現在關于研究鈦合金的部門，里面的研究人員近幾年來一直從事著關于新型鈦合金材料的研究，已經發展出了能夠具有高損傷容限的中強度與高強度的鈦合金，如結構鈦合金與高溫鈦合金等這些鈦合金他們的性能已經得到了一定程度的優化發展，他們還重點開展了利用計算模擬輔助的功能近凈成形下進行加工的方法、顯微組織與性能關系的研究等。他們團體中的人們采用預合鈦合金化粉末、熱等靜壓成形和后續熱處理工藝，成形了新的樣品，新品的結構致密，在進行熱處理后晶粒細小，且稀土相顆粒小而彌散。還有人研究了鈦合金粉末熱等靜壓壓坯的致密化行為及性能，結果表明在940℃、150MPa下熱等靜壓成形，能夠完全材料的消除孔隙，達到全致密的效果，且合金的晶粒比較細小均勻，沒有孔隙的缺陷。在材料形成的各個不同溫區，粉末鈦合金的強度和彈性模量相比起鍛造鈦合金都顯現得要高。當溫度在高于500℃以后，關于材料的彈性模量的對比差距更加明顯，這也有利于保持材料在高溫區間的維持它原有形態的能力。

3 技術在多工藝中得到應用

針對鈦合金所有零件的型號特殊結構的需求，完成了鈦合金粉末成形過程的變形控制、芯模快速除去技術、產品批量化的生產等的研究，實現了鈦合金粉末這項技術在機械制造型號中的較為廣泛的應用。到目前為止，鈦合金粉末熱等靜壓技術已經應用到了舵翼骨架類、艙體類和異型結構類這三大產品的應用上去，其中的部分產品現在已經實現了大規模批生產。該技術應用等零部件的結構這項工藝現在已經能夠實現制備產品的大批量生產，產品筋條部位都已經成為凈成形，極大地提高了產品的原材料的利用率，在該技術的指引下，現在工廠已經可以實現了數千件的產品生產與制造。

鈦合金粉末熱等靜壓技術能夠制造具有多種較為復雜的內部結構的艙體類型零件。該技術在對于實現構件的整體成形有著重要的作用。鈦合金粉末熱等靜壓技術與傳統的工藝有著許多優點：化學成分比較穩定，鈦合金粉末通過控制其成分和包套潔凈度，制造的構件的化學成分可以得到很好地控制；同性的力學性能比較強，所制造的構件在形成的過程中所要承受的在各向的同性氣壓作用下，在各個方向上受力都比較均勻，因而在成形后的性能也是各向同性而且均勻的；它的結構適應性較好，成形用的芯模可以采用分體式的設計，能夠滿足各類不同形狀產品的需求；而且它的成本較低，該工藝材料利用率和成品率都比較高，能提高效率也能大幅度地降低生產成本。由于鈦合金具有的以上較為良好的特點優勢，鈦合金熱等靜壓技術被認為是鈦合金的構件成形中的最為有效的方法，這項技術也受到世界其他國家的研究員的關注重視，大家對其展開了大量的理論研究和讓其成形的試驗研究，并能夠在機器的型號中得到了較為廣泛的應用。此外，粉末冶金工藝也在各種異形、結構復雜的構件的制造中得到了應用，例如各類葉輪、支架和噴管等。對于這類型的零件，該工藝能夠解決傳統工藝中存在的問題，能夠實現該產品的凈成形。目前，材料及其工藝研究所這些機構中通過鈦合金粉末熱等靜壓技術制造出的結構產品也已經實現較完整的研究成果，形成了有關舵翼骨架類、艙體類和異型結構類這三類的產品體系建設，也能夠實現制造產品的較大規模較大批量的生產，這項技術被廣泛應用在各個領域的多個型號之中。

4 結語

綜上所述，在研究了關于鈦合金粉末熱等靜壓技術發展現狀同時，發現在我國該工藝制造難度較大、使用費用較高，但有關鈦合金制造技術在其他各國已受到部分研究人員的重視。鈦合金粉末熱等靜壓技術在西方國家的研究起步較早，西方國家在這一領域中的發展已經有多年的研究經驗，在理論基礎和工程應用等方面都處于世界的前列，近年來，我國的研究成果也得到了很大的發展，在多個領域也已經獲得了部分突破成果，希望這項技術的發展越來越好，能夠應用到更多的領域，促進社會經濟的發展。