粉末冶金钛合金

合金类型

用粉末冶金方法制成的金属钛和钛合金。钛的化学活性大，易受气体和坩埚材料等的污染，因此高质量钛粉末主要是在真空或高纯惰性气体保护下采用离心雾化制粉工艺来生产。制品的成形一般不加粘结剂，坯料必须在真空中烧结。20世纪40年代末，首先开展了以海绵钛粉末为原料的压制烧结工艺的研究。但该工艺生产的产品性能尚不能满足航空部门的要求，主要用于制造化工、轻工、冶金、海洋开发等部门所需的耐蚀、过滤等零件。其中获得工业生产应用的第一种产品是钛多孔过滤材料。60年代中期，开始发展以旋转电极法制取钛的预合金粉末和热等静压致密化的工艺。用此工艺生产的制品的静态力学性能与熔炼加工制品相当，但显著地减少了切削加工，提高了材料的利用率，开始用于航空工业中。至70年代末，钛粉末冶金制品在耐蚀和航空方面的应用获得较快的发展。中国70年代初开始进行钛粉末冶金工艺及制品的研究，钛金属阀门、轴套、多孔管和板、钛－碳化钛耐磨材料以及钛钼耐蚀合金等均已工业生产。70年代末期，开展了离心雾化制取高质量钛合金粉末及热等静压成形工艺的研究

制粉工艺

工业生产的钛和钛合金粉末主要有以下四种方法：①钠还原海绵钛粉。此种粉末产量大，价格便宜，粉末塑性好，宜于冷成形，是生产一般耐蚀制品的主要原料。因其含有较高的钠和氯离子，烧结时易污染设备并使材料的焊接性能变坏。②电解钛粉。纯度较钠还原的海绵钛粉高，但电解钛粉的成形性较海绵钛粉末差。③氢化脱氢钛粉。通过氢化脱氢工艺可获得质量好、粒度细的钛粉及其合金粉末；但是批量小、价格较贵。④离心雾化钛粉。60年代美国核金属公司首先采用电弧旋转电极法制成钛的预合金粉末。粉末呈球形。这种合金粉末纯度高、成分均匀、流动性好、装填密度为理论值的65%。此种粉末只宜采用热成形，可用热等静压工艺制成形状复杂的零件。电弧旋转电极制粉工艺，由于有一电极为钨棒，故容易产生钨的污染（粉末中的含钨量达400ppm），会降低材料的疲劳性能。为消除钨的污染，又发展了以电子束或等离子体为热源的旋转电极和电弧旋转坩埚以及电子束旋转盘等多种离心雾化制粉工艺。此类粉末是制造钛粉末冶金航空零件的主要原料。

致密化工艺

根据所用的粉末原料和对制品的使用要求，可采用不同的致密化工艺。主要有：①松装或低压成形粉末坯料的烧结。烧结体的孔隙率为25～70%，该工艺多用于生产多孔钛制品和材料。②压制和烧结。压制可采用机械或等静压制，压制压力在2000～4000kgf/cm2之间，烧结温度为1000～1400℃。烧结体的相对密度可达92～95%；该工艺用于生产耐蚀部件、一般结构件或加工用坯锭。③热成形。是使粉末或粉末坯锭在加热过程中加压成形。热成形工艺主要有热等静压、真空热压等。离心雾化制取的钛合金粉末，采用热等静压成形，所制得的产品的密度可接近理论密度，且性能各向均匀；高性能的航空结构零件主要采用热等静压工艺制取。④钛粉末和粉坯的粉末轧制。坯料的挤压和锻造等。这些工艺均可获得密度高和性能好的钛粉末材料或零件。其中粉末轧制是生产多孔钛板和致密钛板的有效的经济的加工工艺。粉末冶金和熔炼加工的钛和 Ti-6Al-4V的典型性能列于上表。

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