內容導讀
通過分析鈦在熔（róng）煉中遇到的問題，並結合（hé）粉（fěn）末冶金技術的特點，指出應用（yòng）粉末冶金技術是未來鈦產業發展的必然選擇。詳述了鈦合金粉末冶金生（shēng）產的工藝路（lù）線，該工藝生產的TC4鈦（tài）合（hé）金粉（fěn）末冶金件抗拉強度可達900 MPa以上，斷後伸長率超（chāo）過10%，綜合（hé）力學性能優於GB/T 25137—2010鈦及鈦合金鍛件標準要求。鈦合金（jīn）粉末冶金件還可用來進行（háng）鍛造和擠壓加工成形，經鍛造（zào）、擠壓後，力學性能可進（jìn）一步提（tí）高。總（zǒng）之（zhī），利用粉末冶金技術進（jìn）行鈦合金的工業化生產具有生產設備投（tóu）入成本低、可實現產（chǎn）品近淨成形、節（jiē）約原（yuán）材料、產品性能高、生產周（zhōu）期短等優勢。
關鍵詞：粉末冶金；鈦合金；工業化生產；力學性能
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作者/單位
作（zuò）者（zhě）：王海英（yīng），郭誌猛，蘆博欣，張策（cè）
單位：北京（jīng）科技大學
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通信作者簡介
郭誌猛（1959—），男，教授（shòu），博士（shì）生導師。現任北京科技大學粉（fěn）末冶（yě）金研究所所長。1982年（nián）畢業於北京（jīng）鋼鐵學院獲學士學位；1982-1983年在桂林礦產地質研究（jiū）院（yuàn）從事超硬材料科（kē）研工作；1986年獲北京科技大學碩士學位並留校任教；1993年獲北京科技大（dà）學博士學位。1994-1996年赴日本與東京工業大學聯合開展自蔓延高溫合（hé）成技術（SHS）的研究工作。主要研究方向有：1.自蔓延高溫合成（SHS） ；2.粉末冶（yě）金鈦合金 ；3.粉末冶金鋁合金 ；4.金（jīn）屬（shǔ）3D冷打印技術 ；5.******粉末冶（yě）金材料。
精要概覽
應用粉末冶金技術是鈦產業發展的必然
由於鈦是一（yī）種化學性質非常活潑的金屬，在高溫下極易與氧、碳、氮反（fǎn）應，導致產品性能顯（xiǎn）著下降。當熔煉溫度達到1 800 ℃以上時，會與氧化鋁、氧化鋯等幾乎所有的耐熱材料（liào）發生劇烈反應，到目（mù）前（qián）為止還沒有哪一種材料能夠直接作為熔煉鈦（tài）的坩堝（guō）。可見，鈦熔煉對環境和設備的要求極高，生產成（chéng）本難以降低。
粉末（mò）冶金技術在1909年就被用於製造（zào）電燈鎢絲。它克服了（le）難熔金屬熔鑄（zhù）過程中的困難，而鈦熔（róng）鑄過（guò）程中遇到的問題正是粉末（mò）冶金（jīn）技術的優勢所在，因（yīn）此把粉末冶金技術應（yīng）用在鈦合金的生產上是鈦產業發展的必然。在2008年國際（jì）鈦協會年會上就曾（céng）有專家提出，鈦合金粉末（mò）冶金將是未來（lái）鈦合金成形研究的熱點之一。國外在粉末冶（yě）金鈦的工藝、材料、性能研究等方麵開展了一係列的工作。L.Bolzoni等通過對用（yòng）不同粉末原（yuán）料粉末冶金成形鈦合金的研究證明，利用傳統、廉價的單軸冷壓和燒結可直接獲（huò）得與鍛造鈦性能相當的鈦粉末冶金件。H.P.Ng等通過（guò）對粉（fěn）末成形工藝的（de）研（yán）究，可以在1 100 ℃燒結4 h後，得到密度達到99.7%的TC4鈦合金件，其抗拉強度為1 036 MPa，延伸率為11.1%。Z.Z.Fang 等在（zài）一種低成本鈦合金生產方法（fǎ）的（de）項目報告（gào）（由美國能（néng）源部的增材製造和能源效率與可再生能源辦公室提供的基金項目，項目編號為DE-EE0005761）中提出，粉末冶金製備鈦合金的方法是（shì）一種可以與傳統的鍛造鈦合金工藝相媲美的切（qiē）實可行的工（gōng）藝，將會推進汽車等行業對鈦的應用。
國內西北有色金屬研究院、廣州有色金屬研（yán）究院（yuàn）、航天材料及工藝研究所、中南大學等（děng）院所單位在粉末冶金鈦合金製粉工藝、熱等靜壓（HIP）技術等方麵的研究和生產上都開展了（le）一係列研究工作，並取得了一定成果。但截止到目前粉末冶金（jīn）鈦合金生產技術仍未能在（zài）國內實現規（guī）模化（huà）生產應用。
鈦合金粉末冶金工業化生產的（de）優勢
（1）設備投入（rù）少粉末冶金生（shēng）產工藝流程短，製（zhì）造設備少，設備投入可根據生（shēng）產規模靈活配置，總投（tóu）入資本（běn）可大可小（xiǎo），有利於（yú）鈦合金製造企業進行技術轉型，提高效益。據估算，建成年產1萬噸的鈦合金粉末冶金生（shēng）產線僅需資金約1億人（rén）民幣。
（2）金屬利用率高利用（yòng）粉末冶（yě）金（jīn）生產工藝能夠實現鈦合金的近淨成形，從而（ér）顯著提高（gāo）原料利用率，節約原料成本。
（3）產品（pǐn）性能好檢測（cè）證明TC4鈦合（hé）金粉末冶金件性能高（gāo）於國標鍛件的性能指標（biāo），無需進行（háng）鍛造改（gǎi）性。
（4）生產成本（běn）低利用熔鍛方式生產鈦（tài）合金在經過（guò）2～3次熔煉後，還需要（yào）經過幾次鍛造改性。然而（ér），如果以粉末冶金近淨成形的鈦（tài）合金件為坯料，隻需一次終鍛成形即可得到***終鍛（duàn）件，省去了鑄錠（dìng）多次鐓拔的改（gǎi）性鍛造過程，這樣可以（yǐ）縮短產品的生產周期，顯著降低加工成本，對於新品開發、小批量生產等（děng）具有******的優勢（shì）。大規模工業化生產（chǎn）後，從製粉、成形到燒結的直接生產成本每噸僅約2萬～3萬元。
總之，鈦合金粉末冶（yě）金工業化生產（chǎn）①設備（bèi）投入少，生產規模配置靈活；②工序少、工藝（yì）流程短，生產周期短，能（néng）耗低，汙染少，是一項節能、環保的綠色生產技術；③成形件為近終形、少切削，材料利用率高（gāo），成本低，是降（jiàng）低鈦合金件價格的（de）有（yǒu）效途徑；④產品性能可達到或超過航空用鍛件的******標準。因此，鈦合金（jīn）粉末（mò）冶金工業化生（shēng）產是我國鈦工業去產能、快速發展的（de）必然選擇。
美國材料實驗協會在2013年就建立了鈦及（jí）鈦合金粉末冶金結構件標準（ASTM B988—2013），說明鈦合金粉末冶金在國際上已開始工業化生（shēng）產。2014年美國粉末冶金零部件（jiàn）的產（chǎn）值為22億美元，鈦粉（fěn）末冶金零（líng）件為500萬美元。近10多年來，我國在鈦合金粉末冶金生產技術方麵打下了堅實的（de）基礎，在此基（jī）礎上，積極推進我國鈦合金粉末冶金產業化，對（duì）推廣鈦（tài）的應用領域，做大中國鈦市場，促進我國鈦產業健康（kāng）有序發展（zhǎn）具有重要意義。
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北京科技大學粉末冶金研究（jiū）所采用合金化粉末，經過冷等靜壓成形、致（zhì）密化燒結，可以得到各種形（xíng）狀的粉末（mò）冶金鈦合金件（jiàn），如圖所示。其中圖a為經過局部車（chē）削的（de）直徑80 mm×350 mm圓棒，圖b為汽車連杆燒（shāo）結坯料，圖4c、d分別為碗形件（內徑30 mm、壁厚10 mm）和球形件（直徑60 mm）。冷等（děng）靜壓（yā）可成形幾十公斤至幾百公（gōng）斤，乃（nǎi）至上（shàng）噸重（chóng）的（de）大尺寸坯料。
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采用防（fáng）氧化包覆（fù）處理的（de）TC4鈦（tài）合（hé）金粉末可以先在液壓機上用鋼模（mó）進行軸向壓製成形，然後（hòu）再進行真空活化燒結，從而得到形狀複雜的鈦合金近形件，如圖所示。
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圖為TC4鈦合金粉末冶金件的（de）顯微組織照片。可見組織（zhī）細小均勻，由接近等軸晶的α相和細（xì）小β相組成，無完（wán）整原始β晶界，組織類型為網籃組織。
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引用本文
王海英，郭誌猛（měng），蘆博欣，等.鈦合金粉末冶金工業化生產技術[J].2017,34（1）：1-5.
相關文獻
[1] Bolzoni L, Ruiz-Navas E M,Gordo E. Powder metallurgy CP-Ti performances: Hydride dehydridevssponge[J]. Materials and Design, 2014, 60(11):226-232.
[2] 賈翃,逯福生,郝斌.2015年中國鈦工業發展報告[J].鈦工業進展,2016,33(2): 1-6.
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