前言

現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步推動材料向著高效能和高性能的方向發(fā)展，高溫結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)步尤為明顯。鈦合金由于其低密度、高比強(qiáng)度、良好的抗蠕變性和耐腐蝕性，越來越受到學(xué)者的關(guān)注。

鈦合金的原材料成本較高，傳統(tǒng)的加工方式鑄造、鍛造加工工序復(fù)雜且材料利用率僅有30%，鑄件易產(chǎn)生氣孔，夾雜和元素偏析等缺陷，在加工制備過程中易發(fā)生氧化。這些缺陷都嚴(yán)重制約了鈦合金構(gòu)件的力學(xué)性能和使用條件，限制了鈦合金工業(yè)化應(yīng)用的擴(kuò)大發(fā)展

與傳統(tǒng)鈦合金鑄造、鍛造制造工藝相比，熱等靜壓粉末冶金具有以下優(yōu)勢：

（1）產(chǎn)品致密度高，均勻性好，綜合力學(xué)性能優(yōu)異，與鍛造構(gòu)件相當(dāng)；

（2）構(gòu)件結(jié)構(gòu)適應(yīng)性廣，通過包套和型芯的組合可滿足復(fù)雜形狀產(chǎn)品的整體成形需求，表面質(zhì)量高、機(jī)加工量少。

（3）材料利用率得以提高，相比于傳統(tǒng)鑄造、鍛造工藝。熱等靜壓粉末冶金技術(shù)的材料利用率超過50%，工藝方法簡單，生產(chǎn)周期短。

鈦合金粉末冶金熱等靜壓技術(shù)

熱等靜壓粉末冶金技術(shù)主要步驟包括：

1.制粉并根據(jù)成形零件尺寸設(shè)計制作包套和型芯

2.包套檢漏后將金屬粉末填充進(jìn)包套并壓實

3.真空除氣后封焊包套

熱等靜壓處理后，采用機(jī)加工或酸蝕的方法去除包套，*后通過局部精加工得到成品零件，如圖1所示。

選取高性能的鈦合金粉末，并加以嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝控制，*終得到的熱等靜壓粉末冶金鈦合金構(gòu)件的力學(xué)性能已經(jīng)接近或部分優(yōu)于鍛造鈦合金。

優(yōu)異的力學(xué)性能一方面是由于在高溫均質(zhì)壓力下，零件致密度高、均勻性好。

另一方面是由于燒結(jié)溫度在β相相變點以下，可以將鈦合金粉末制備過程中快速凝固形成的細(xì)小組織充分保留，使*終得到的材料晶粒細(xì)小均勻

鈦合金粉末的制備及發(fā)展現(xiàn)狀

鈦合金粉末的質(zhì)量決定粉末冶金熱等靜壓構(gòu)件的力學(xué)性能，不同方式制備的鈦合金粉末的形

狀、尺寸、流動性都不相同，極大影響粉末冶金近凈成形產(chǎn)品的質(zhì)量。

氣體霧化法使熔融的金屬在霧化室內(nèi)被高速氣流粉碎成小液滴，*終冷卻成金屬粉末，如圖2（a）所示。根據(jù)形成的金屬液滴的方式不同可分為真空感應(yīng)熔煉氣霧化(VIGA）、電極感應(yīng)熔煉氣體霧化法(EIGA）、等離子霧化法(PA)，如圖2（b）所示。

等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化法(PREP)如圖2（c）所示，是離心霧化法中應(yīng)用*廣的一種方式，原理是將圓棒狀的鈦合金電極在高速旋轉(zhuǎn)的過程中，利用放電等離子體產(chǎn)生的高溫將電極一端熔化，熔化的合金在離心力的作用下被高速甩出電極端面，合金液滴在霧化室內(nèi)被高純惰性氣體進(jìn)一步粉碎，并快速冷卻形成粉末。

氣體霧化法和等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化法是當(dāng)今*主要的鈦與鈦合金的預(yù)合金粉末制備方法，主要面向航空航天等高*領(lǐng)域，而普通汽車或民用領(lǐng)域則會選用成本較低的元素混合法或氫化脫氫法制備的鈦粉。

HIP近凈成形過程的

致密化和模型研究進(jìn)展

在熱等靜壓過程中，包套受到的溫度和壓力為各向同性，包套實際收縮率大于30%，且粉末材料受到工藝參數(shù)、材料屬性和零件結(jié)構(gòu)的影響，導(dǎo)致零件收縮不均勻，形狀發(fā)生較大的變化。

因此掌握粉末致密化過程的變化規(guī)律，通過計算機(jī)技術(shù)把三維造型軟件和有限元仿真軟件功能相結(jié)合，研究關(guān)鍵尺寸收縮規(guī)律，對包套的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行輔助設(shè)計和預(yù)測，將包套設(shè)計、鈦合金HIP中的致密化過程以及粉末冶金產(chǎn)品的模擬仿真相結(jié)合，具有節(jié)約成本，提高工作效率，為HIP工藝制備各種工程構(gòu)件提供有力支持等重要意義。

結(jié)語

粉末冶金熱等靜壓技術(shù)因材料利用率高、綜合力學(xué)性能接近鍛件產(chǎn)品、對形狀復(fù)雜的構(gòu)件近凈成形度高、產(chǎn)品生產(chǎn)周期短等特點，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，但是小批量的鈦合金粉末冶金熱等靜壓工藝成本較高，在復(fù)雜構(gòu)件包套設(shè)計制造、熱等靜壓設(shè)備的使用和高純制粉上的支出限制其在民品市場的大范圍應(yīng)用。

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