周 鵬

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院航空材料工程學(xué)院，陜西 西安 710089）

鈦合金之所以能在我國的冶金制造中取得重要的地位，主要取決于其自身所獨(dú)有的優(yōu)勢。鈦及其鈦合金具有強(qiáng)度高、無磁性、抗氧化能力強(qiáng)、韌性好等優(yōu)勢，被廣泛的應(yīng)用于我國的航空航天、電力以及化工醫(yī)療等事業(yè)。鈦及其鈦合金的研究在我國已經(jīng)有多年的發(fā)展歷史，我國從1954便開始涉足海綿鈦采集工藝的相關(guān)研究，截止至目前，我國鈦的總產(chǎn)量位居世界前列[1]。雖然鈦合金取得了廣泛的應(yīng)用，但由于鈦合金制品的制造成本較高，加之傳統(tǒng)的制造工藝頗為復(fù)雜，在一定程度上限制了鈦合金制品的應(yīng)用范圍。因此，我國要不斷探索鈦合金制品的新型生產(chǎn)技術(shù)，借鑒國外的先進(jìn)發(fā)展手段，并將材料損失降到最低，以此來進(jìn)一步降低鈦合金的生產(chǎn)成本。目前，我國制造鈦合金部件的方法主要分為以下三種：一是傳統(tǒng)的鍛造材料加工；二是鈦合金部件的鍛造；三是鈦合金粉末冶金。鈦的化學(xué)性能非?；顫?，在高溫的作用下，很容易與其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致鈦合金產(chǎn)品的性能出現(xiàn)下降。在進(jìn)行鈦合金產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，其對生產(chǎn)環(huán)境及其生產(chǎn)設(shè)備有很高的要求，基于此，鈦合金粉末冶金工藝的生產(chǎn)成本很難降低[2]。

1 鈦合金粉末冶金技術(shù)研究

鈦合金粉末冶金通常使用的技術(shù)方法是熱等靜壓，這種生產(chǎn)技術(shù)可以在一定程度上降低鈦合金粉末冶金的生產(chǎn)成本，同時還可以提高鈦合金粉末冶金的生產(chǎn)產(chǎn)量。通過熱等靜壓技術(shù)生產(chǎn)出的鈦合金部件，一般不需要再對其進(jìn)行修剪與調(diào)整，能很好的控制好鈦合金粉末冶金技術(shù)產(chǎn)品的大小。所謂的熱等靜壓技術(shù)主要是指將高溫與高壓相結(jié)合的工藝生產(chǎn)技術(shù)，在密閉的容器內(nèi)通過高壓惰性氣體作為傳播介質(zhì)[3]。同時，鈦合金粉末冶金工業(yè)化生產(chǎn)還具有生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品性能好等優(yōu)勢，在整個鈦合金粉末冶金工業(yè)化生產(chǎn)的過程中，所投入的設(shè)備較少，兼具生產(chǎn)工藝流程短、生產(chǎn)靈活性較高等，使得整個生產(chǎn)過程的資本投入都較少，有利于企業(yè)提高經(jīng)營效益。通過使用鈦合金粉末冶金生產(chǎn)工藝，還可以提高金屬的利用率，進(jìn)而來節(jié)約生產(chǎn)成本。本實(shí)驗(yàn)主要是通過采用氣體霧化法對預(yù)合金粉進(jìn)行生產(chǎn)，并結(jié)合熱等靜壓技術(shù)對鈦合金粉末進(jìn)行冶金制造，其中其主要的工作流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

1.1 鈦合金粉末冶金技術(shù)工作原理

通過在密封的容器內(nèi)，在高溫與高壓的雙重作用下，對容器內(nèi)的靜態(tài)液體或氣體產(chǎn)生的一種外在的靜壓力，可以讓其的各個方面都能均勻受力，但每個表面所受力的大小主要取決于其表面積的大小。在高溫與高壓的密閉環(huán)境內(nèi)，此時密閉環(huán)境中的包套會發(fā)生軟化并伴隨收縮現(xiàn)象的產(chǎn)生，進(jìn)而對內(nèi)部的粉末產(chǎn)生擠壓力。在該種條件下，粉末的致密化大體可以分為三個階段，每一階段都具有各自的形態(tài)變化。通過使用熱等靜壓的方法來加工及冶煉鈦合金粉末，所得到的鈦合金粉末冶金技術(shù)產(chǎn)品在力學(xué)性能方面具有很大的優(yōu)勢，與其他方法冶煉出的產(chǎn)品相比還具有拉伸度強(qiáng)、屈服程度較高等優(yōu)勢。鈦合金粉末粒度的大小以及成分是否可控，對燒后的鈦合金性能起到至關(guān)重要的作用[7]。眾所周知，鈦的化學(xué)活性較強(qiáng)，極易與其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，因此在整個熱等靜壓的過程中嚴(yán)格控制好氧的含量。鈦合金粉具有冶金件的性能、鍛造性能以及擠壓性能。其中鍛造性能主要是指，在高溫的作用條件下，對鈦合金粉末冶金件進(jìn)行鍛造，當(dāng)高溫鍛造完成后，鈦合金冶金粉末冶金件進(jìn)行冷卻處理，若如相應(yīng)條件達(dá)到具體的使用指標(biāo)，就可以用于承力件的應(yīng)用。

通過運(yùn)用近凈形成型工藝來制造各零部件，等熱等靜壓將其靜壓成型后，再通過預(yù)合金粉助其實(shí)現(xiàn)部件的近凈形成型，以此來達(dá)到同時擁有高性能和低成本的兩大優(yōu)勢。

1.2 鈦合金粉末冶金技術(shù)及其流程

首先要進(jìn)行設(shè)備的選擇。熱等靜壓設(shè)備的組成主要包括以下幾個部分：高壓容器、加熱爐、壓縮機(jī)、真空泵以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等；熱等靜壓所選用的設(shè)備為QIH—32的熱等靜壓機(jī)。其中，熱等靜壓機(jī)的工作壓力可以達(dá)到80—150Mpa，溫度一般會控制在1000—2000攝氏度的條件之下。熱等靜壓機(jī)可以分為上、中、下三個區(qū)域來對工作時的溫度進(jìn)行調(diào)控[4]。其次是要進(jìn)行原料粉的準(zhǔn)備，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，是對試樣進(jìn)行制備。通過選取三種不同粒度的預(yù)合金粉進(jìn)行試驗(yàn)，其中，對于粉末的填充主要是在真空中或者是充滿惰性氣體的封閉空間中所進(jìn)行的，在此過程中要對包套進(jìn)行不斷地震動。對于包套的安裝主要是選用加工及焊接好的不銹鋼包套，采取不斷震動的方式將預(yù)合金粉裝入進(jìn)包套之中，待全部安裝完畢后，在封閉好的包套處留一個出氣口[5]。其次，做好除氣工作，對已經(jīng)裝好預(yù)合金粉末的包套加熱，以此來除去包套內(nèi)的空氣及其水分，并焊接好包套。最后是進(jìn)行熱等靜壓的處置。將安裝好的包套放置于熱等靜壓機(jī)中，等一切準(zhǔn)備就緒后除去包套，最終得到成品[6]。

2 結(jié)束語

本文對鈦合金粉末冶金技術(shù)研究進(jìn)行分析，鈦合金粉末冶金技術(shù)是一種新型的鈦合金材料制備技術(shù)，被廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域，并取得了良好的效果。通過研究發(fā)現(xiàn)，預(yù)合金粉工藝所制備的鈦合金粉末制材，均可達(dá)到鍛件的性能要求，并且預(yù)合金工藝生產(chǎn)技術(shù)可以同時實(shí)現(xiàn)高性能、低成本的要求，能在工業(yè)領(lǐng)域中擁有更好的應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上，我國應(yīng)積極推進(jìn)鈦合金市場的發(fā)展，擴(kuò)大鈦合金的應(yīng)用領(lǐng)域。希望本文的研究能夠?yàn)殁伜辖鸱勰┮苯鸺夹g(shù)研究提供理論依據(jù)。