Ti合金粉末冶金技術的新發展

粉末冶金技術是一種由粉末直接成形生產零部件的工藝，是生產近終形零部件的高產量、低成本方法，這種方法基本上不需要進一步加工或精整，可以很好地控制尺寸，且零部件的穩定性極好，其均勻性和機械性能可以完全得到保證。用粉末冶金法生產的Ti及Ti合金零件無成分偏析，組織均勻、性能穩定。汽車用Ti是一個非常具有吸引力的市場，研發新的低成本原料生產方法，與先進的粉末冶金近凈成形技術相結合，可望使Ti進入汽車制造業。目前，Ti及Ti合金廣泛應用的主要障礙是其高成本，采用粉末冶金技術可以有效降低成本。為了適應進一步降低Ti及Ti合金的生產成本的要求，新的Ti粉末成形技術在不斷涌現。

　　一.鈦注射成形。據報道，日本名古屋工業學院用注射成形的方法制備了純Ti件。實驗采用平均顆粒尺寸為23微米的氫化脫氫Ti粉，在溫度為1198～1348K下燒結。當燒結溫度高于1298K時，抗拉強度大于630MPa;如果在氫化脫氫粉中加入一定量平均粒度15微米的氣體霧化粉混合后，在較低的燒結溫度下(1248～1298K)，可得到燒結密度很高的燒結體，而延伸率可達到15%～20%。該校還將金屬注射成形技術用于Ti-6Al-4V合金粉末的注射成形，在1223K下燒結，得到相對密度大于96%，抗拉強度達950MPa的Ti-6Al-4V合金。日本大阪冶金公司用金屬注射成形方法制備了γ-TiAl件，其名義成分為Ti-47Al-2.6Cr。合金粉末通過自擴散高溫合成制得，再與有機粘結劑混合、攪拌、注射成形和燒結得到相對密度高達97%的燒結件，呈現出很高的強度和延展性。我國清華大學利用氫化脫氫法所獲的Ti粉制備注射成形純Ti材料，真空燒結溫度為1250℃時，燒結致密度可高達98%，在該溫度下燒結1.5小時，制品抗拉強度和伸長率分別達到349MPa和6.4%。

　　二.鈦溫壓成形。該技術以粉末冶金溫壓工藝為基礎，并結合了金屬注射成形的優點，通過加入適量的微粉和提高潤滑劑或粘結劑含量，提高了混合粉末的流動性、填充性能和成形能力，從而可用于制造復雜幾何形狀(如側凹、螺紋孔等)的零件，具有非常廣闊的發展前景。國內中南大學對溫壓成形工藝在粉末冶金Ti合金制備方面作了研究。實驗以氫化脫氫法制備的純Ti粉為原料，在500MPa下壓制，之后壓坯在1280℃進行真空燒結。研究發現，抗拉強度在粉末、模具溫度為155℃時達到最大值1051MPa，這主要是溫度的作用改善了Ti粉末的塑性，為壓制過程中的顆粒重排提供了協調變形的作用，提高了壓制密度。他們在此基礎上，以相同的壓制條件，采用硬脂酸鋅為模壁潤滑劑，對名義成分為Ti-6.8Mo-4.5Al-1.5Fe-1.5Nb混合粉末進行了模壁潤滑溫壓工藝的研究，壓制后壓坯密度可達到理論密度的86%～90%，超過了采用冷等靜壓工藝的性能指標。