內容導讀
通過分析鈦在熔煉中遇到的（de）問（wèn）題，並結合粉末冶金技術的特點，指出應（yīng）用粉末冶（yě）金技術是未來鈦產業（yè）發展的（de）必然選擇（zé）。詳述了鈦合金粉末冶金生產的工藝路線（xiàn），該工藝（yì）生產的TC4鈦合金粉末冶金件（jiàn）抗拉強度可達900 MPa以上，斷後伸長率（lǜ）超過10%，綜合力學性能優於GB/T 25137—2010鈦及鈦（tài）合金鍛件標準要求。鈦合金粉（fěn）末冶金件還可用來進行鍛造和擠壓（yā）加工成形，經鍛造、擠壓後，力學性能可進一步提高。總之，利用粉末冶金技（jì）術進行鈦合金的（de）工業（yè）化生產具有生產設（shè）備投入成本低、可實現產品近淨成形（xíng）、節約原材料、產品性能高、生產周期短等優（yōu）勢。
關鍵詞：粉末冶金（jīn）；鈦合金；工業化生產（chǎn）；力學性能
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作者/單位（wèi）
作者（zhě）：王海（hǎi）英，郭誌猛，蘆博欣，張策
單（dān）位：北京科技（jì）大學
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通（tōng）信作者簡（jiǎn）介
郭誌猛（1959—），男，教授，博士生導師。現任北京科技大學粉末冶金研究所所長。1982年畢業於北京鋼鐵學院獲學（xué）士（shì）學位；1982-1983年在桂林礦產地質研究院從事超硬材料科研工作；1986年獲北京科技大學碩士學（xué）位並留校（xiào）任教；1993年獲北京科技大學博士學位。1994-1996年赴日本與東京工業大學聯合開展自蔓延高溫合成（chéng）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（fěn）末冶金鈦合金 ；3.粉末冶金鋁合金 ；4.金屬3D冷打印技（jì）術（shù） ；5.******粉末冶金材料。
精要（yào）概覽
應用粉末冶金技（jì）術是（shì）鈦產業發展（zhǎn）的必然
由於鈦是一種（zhǒng）化學性質非常活潑的金屬，在高溫下極易與氧、碳、氮反應（yīng），導致產品性能（néng）顯著下降。當（dāng）熔煉溫度達到1 800 ℃以上（shàng）時（shí），會與（yǔ）氧化鋁、氧化鋯等幾乎（hū）所有的耐熱（rè）材料發生劇烈反應，到目前為止（zhǐ）還沒有哪一種材料能夠直接作為熔煉鈦的坩堝。可見，鈦熔煉對環境（jìng）和設備的要求極高，生產成本難以降低。
粉末冶金技術（shù）在1909年就被用於製造電燈鎢絲。它克服了難熔金屬熔鑄過程中的困難（nán），而（ér）鈦熔鑄過程中遇到的問題正是粉末冶金技術（shù）的優勢所在，因此把粉（fěn）末冶金技術（shù）應用在鈦合金的生產上是鈦產業（yè）發展（zhǎn）的（de）必然。在（zài）2008年國際鈦協會年會上就曾有（yǒu）專家提出，鈦合金粉末冶金將是未來鈦合金成形研究（jiū）的熱（rè）點之（zhī）一。國外在粉（fěn）末冶金鈦的（de）工藝、材料、性能研究等方麵開展了一係列的工作。L.Bolzoni等通過對用不同粉末原（yuán）料粉末冶（yě）金成形鈦合金的研究證明，利用傳統、廉價的單軸冷壓（yā）和燒結可直接獲得與鍛造鈦性能相當的鈦粉末冶金件。H.P.Ng等通過對粉末成形工藝的研究，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 等在一種低成本鈦合金（jīn）生產方法的項（xiàng）目報告（由美國能源部的增（zēng）材製造和能源效率（lǜ）與可再生能（néng）源辦公（gōng）室提供的基金項目，項目編號為DE-EE0005761）中提出，粉（fěn）末冶金製備鈦合金的方法是一種可以（yǐ）與傳統的鍛造鈦合金工藝相媲美的切實可行的工藝，將會推進汽（qì）車等行業對（duì）鈦（tài）的應用。
國內西北有色金屬研究院、廣州有色金屬研究院、航天材料及工藝研究所、中南大學等院所單位在粉（fěn）末冶金（jīn）鈦合（hé）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一係列研究工作，並取得了一定成果。但截止到目前粉末冶（yě）金（jīn）鈦合金生產技術仍未能在國內實現規模化生產應用。
鈦合金粉末冶金工業化生產的優勢
（1）設備投（tóu）入少粉末冶金生產工藝流程短，製造設備少，設備投入可根據生產規模靈（líng）活配（pèi）置，總投入資本可大可小（xiǎo），有利於鈦（tài）合金製造企業進行技（jì）術轉型，提高效（xiào）益。據估算，建成年產1萬噸的鈦合金粉末冶金生產線僅需資金約1億人民幣。
（2）金屬利用（yòng）率高（gāo）利用粉末冶金生產工藝能夠（gòu）實（shí）現鈦合金的近淨成形，從而顯著提高原料利用率，節約原料成本。
（3）產品（pǐn）性能好檢測證明TC4鈦合金粉（fěn）末冶金件性能高於國標鍛件的性能指標，無需進（jìn）行鍛造改性。
（4）生產成本低利用熔（róng）鍛方式生產鈦合金在經過2～3次熔煉後，還需要（yào）經過幾次鍛造改性。然（rán）而，如果以粉末冶金近淨（jìng）成形的鈦合金件為坯料，隻需一次終鍛成形即可得（dé）到***終鍛件，省去了鑄錠多（duō）次鐓拔（bá）的改性鍛造過程，這樣可以縮短產品的生產周（zhōu）期，顯著降低（dī）加工成（chéng）本，對於（yú）新品開發、小批量生產等具有******的優勢。大規模工業（yè）化生產後（hòu），從製粉、成形到燒結的直接生產成本每噸（dūn）僅約2萬～3萬元。
總之（zhī），鈦（tài）合金粉（fěn）末冶金工業化生產①設備投入少，生產規模配置靈活；②工序少、工藝流程短，生產周期短，能耗低，汙染少，是一項節（jiē）能（néng）、環保（bǎo）的綠色生產技術（shù）；③成（chéng）形件為近終形、少切削，材料利用（yòng）率高，成本低，是降低鈦合金件價格的有效（xiào）途徑；④產品性（xìng）能可達到或超過航（háng）空（kōng）用（yòng）鍛件的******標（biāo）準。因此，鈦合金粉末冶金工業化生產是我國鈦工業去產能、快（kuài）速發展的必然選擇。
美國材料實驗協會在2013年就建立了鈦及鈦合金粉末冶金結（jié）構件標準（ASTM B988—2013），說明鈦（tài）合金粉末冶金在國際上已開始（shǐ）工業（yè）化生產。2014年美國粉末冶金零部件的產值為22億美元，鈦粉末冶金零件為500萬美元。近10多年來，我國在鈦合金粉（fěn）末冶（yě）金生產（chǎn）技術方麵打下（xià）了（le）堅實的基（jī）礎，在此（cǐ）基（jī）礎（chǔ）上，積極推（tuī）進我國（guó）鈦合金粉末冶金產業化，對推廣鈦的應用領域，做大中國鈦市場，促進我國鈦產業健康有序發展具有（yǒu）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、致密化燒結，可以得到各種形狀的粉末冶金鈦合金件，如圖所示。其中圖（tú）a為經過局部車削（xuē）的直徑80 mm×350 mm圓棒，圖b為汽車連杆燒結坯料，圖4c、d分別為碗形（xíng）件（內徑30 mm、壁厚10 mm）和球形件（直（zhí）徑60 mm）。冷等靜壓可成（chéng）形幾十公斤至幾百公斤，乃至上噸重的大尺寸坯料。
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采（cǎi）用防（fáng）氧化包覆處（chù）理的TC4鈦合金粉末可以先在液壓機上用鋼模進行軸向壓製成（chéng）形，然後再進行（háng）真空活化燒結，從而得到形狀複雜的鈦合金近形（xíng）件，如圖所示。
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圖為TC4鈦合金粉末冶金件的顯微組織照片。可見組織細小均勻，由接近等軸晶的α相和細小β相組成，無完整原始β晶（jīng）界，組織類型為網籃組織。
在多年的（de）打拚中不斷完善，不斷改進，不斷創新，在實踐（jiàn）中積累了（le）豐（fēng）富的經驗與掌握了特殊的加工工藝，無論從高精密機械樣機加工，高精密零件加（jiā）工，高精密模（mó）型樣機加工，北（běi）京cnc數控（kòng）加工，北（běi）京夾具工裝加工 ，尺寸精度還是外觀品質都令客戶拍手。所做（zuò）產品受到諸多國內外知名企業的好評，產品遠銷東南亞。
引（yǐn）用本文
王海英（yīng），郭誌猛，蘆博欣，等.鈦合（hé）金粉末冶金工業（yè）化生產技術[J].2017,34（1）：1-5.
相（xiàng）關（guān）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（shēng）,郝斌（bīn）.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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