內容（róng）導讀
通過分析鈦在熔煉中遇（yù）到的（de）問題，並結合粉末冶金技術（shù）的特點，指出應用粉末冶金技（jì）術是未來鈦產業發（fā）展（zhǎn）的必然選擇。詳（xiáng）述了鈦合（hé）金粉（fěn）末冶金生產的工藝路線（xiàn），該工藝（yì）生產的TC4鈦合金粉末冶金件抗拉強（qiáng）度可達900 MPa以上，斷後（hòu）伸長（zhǎng）率超（chāo）過10%，綜合（hé）力學性能優於GB/T 25137—2010鈦及鈦合金鍛（duàn）件標（biāo）準要求。鈦（tài）合金粉末冶金件還可用來進行鍛造（zào）和擠壓加工成形，經鍛造、擠壓後，力學（xué）性能可（kě）進一步提高。總之，利用粉末冶（yě）金技術進行鈦合金的工業（yè）化生產具有生（shēng）產設備投入成本低、可實現產品近淨成（chéng）形（xíng）、節約原材料、產品性能（néng）高、生產周（zhōu）期短等優勢。
關（guān）鍵詞：粉末冶金；鈦合金；工業化生（shēng）產；力學性能
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作（zuò）者/單位
作者：王海英，郭誌猛，蘆（lú）博欣，張策
單位：北京科技大學
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通信作者簡（jiǎn）介
郭誌猛（1959—），男，教授，博士生導師。現任北京科技大（dà）學粉末冶金研究所（suǒ）所長。1982年畢業於北京鋼鐵學（xué）院獲學士學位；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（shì）學位並留校任教；1993年獲北京科技大學博士學位。1994-1996年赴日本與（yǔ）東京工業大學聯合開展自（zì）蔓延高溫合成技術（SHS）的研（yán）究工作。主要研究方向有：1.自蔓延高溫合成（SHS） ；2.粉末冶金鈦（tài）合金 ；3.粉末冶金鋁（lǚ）合金 ；4.金屬3D冷打印技術 ；5.******粉末冶金材料。
精要概（gài）覽
應用粉末冶金技術是鈦產業發展的必（bì）然
由於（yú）鈦是（shì）一種化學性質非常活潑的金屬，在高溫下極易與氧、碳、氮反應，導致產品性能顯（xiǎn）著下降（jiàng）。當熔煉溫度達到1 800 ℃以上時，會與氧化鋁、氧化鋯等幾乎所（suǒ）有的耐熱材料發生（shēng）劇烈反應，到目前為止還沒有哪一種材料能夠直接作（zuò）為（wéi）熔煉（liàn）鈦的坩堝。可見，鈦熔煉對環境和設備的要求極（jí）高，生產成本難以降低。
粉（fěn）末冶金技術在（zài）1909年就被用於製造電燈鎢絲。它克服了難熔金屬熔鑄過程（chéng）中的困難，而（ér）鈦熔（róng）鑄過程中遇到的問題正是粉末冶金技術的優勢所在，因此把（bǎ）粉（fěn）末冶金技術應（yīng）用在鈦合金（jīn）的生（shēng）產上是鈦產業發展的必然。在2008年國際鈦協會年會（huì）上就曾有專家提出，鈦合金粉末（mò）冶金將是（shì）未來鈦合金成形研（yán）究的熱點之一。國外在粉末冶金鈦的工藝、材料、性能研究等方麵開展了一（yī）係列（liè）的工作。L.Bolzoni等通過對用不同粉（fěn）末原料粉末冶金（jīn）成形鈦合（hé）金的研究（jiū）證明（míng），利用傳統、廉價的單軸冷壓和燒結可（kě）直接獲（huò）得與鍛造鈦性能相當的鈦粉末冶金件。H.P.Ng等通過對粉（fěn）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（jiàn），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）的項目報告（由美國能源部的增材製造和能源效率與（yǔ）可再生能源（yuán）辦公室提供的基金項目，項目編號為DE-EE0005761）中提出，粉（fěn）末冶金製備鈦（tài）合金的方法是一種可以與傳統的鍛（duàn）造鈦合金工藝相媲美的切（qiē）實可行的工（gōng）藝，將會推進汽（qì）車等（děng）行業對鈦的應用（yòng）。
國（guó）內西（xī）北有色金屬研究院、廣州有色金屬研究院、航天材料（liào）及工藝研究所、中南大學等院所單位在粉末冶金鈦（tài）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鈦合金生（shēng）產（chǎn）技術仍未能在國（guó）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）設備投入少粉末（mò）冶金生產工藝流程短，製造設備少（shǎo），設備投入可（kě）根據生產規模靈活配置，總投入資本可大（dà）可小，有利於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（de）鈦合（hé）金粉末冶金生產線僅需資金約1億（yì）人民幣。
（2）金屬利用率高利用粉末冶金生產工藝能夠實現鈦合金的近淨成形，從而（ér）顯著提高原料（liào）利用率（lǜ），節約原料成本。
（3）產品（pǐn）性能好檢測證明（míng）TC4鈦合金粉（fěn）末冶金件性能高（gāo）於國標鍛件的性能指標，無需進行鍛造（zào）改性。
（4）生產成本低利用熔鍛方式生產鈦合金在經過（guò）2～3次熔煉後，還需要（yào）經過（guò）幾次鍛造改性。然而，如果以粉末冶金近淨成形的鈦合金件為坯料，隻需一（yī）次終鍛成形即可得（dé）到***終鍛（duàn）件，省去了（le）鑄錠多次鐓拔的改性鍛造過程，這樣可以縮短（duǎn）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（shēng）產等具有******的優勢。大規模工業化生產後，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，鈦合金粉末冶金工業化生產①設（shè）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（hào）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（zhōng）形、少切（qiē）削（xuē），材料利用率高，成本低，是降低鈦合金件價格的有效途（tú）徑；④產品性能（néng）可達到或超過航空用鍛件（jiàn）的******標準。因此，鈦合金粉末冶金（jīn）工業化生產是我國鈦工業去產能、快速發展的（de）必然（rán）選擇（zé）。
美國材料實驗協會在2013年就建立了鈦及（jí）鈦合金粉（fěn）末冶金結構件標準（ASTM B988—2013），說明鈦合金粉末冶金在（zài）國際上已開始工業化生產（chǎn）。2014年（nián）美國粉末冶金零部件的產值為22億美元，鈦粉末冶金零（líng）件為500萬美元。近（jìn）10多年來，我國在鈦合金粉末冶金生產技術方（fāng）麵打下了堅實的基礎，在此基礎上，積極推進（jìn）我國鈦合金（jīn）粉末（mò）冶金產業化，對推廣鈦的應用領域，做（zuò）大中國鈦市場，促進我國鈦產業健（jiàn）康有序發展具有重要意義。
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北京科技大學粉末冶金研究所采用合金化粉末，經過冷等靜壓成（chéng）形、致密化燒結，可以得（dé）到各（gè）種形狀的（de）粉末冶金鈦合金件（jiàn），如圖所示。其中圖a為（wéi）經過局部車削（xuē）的直徑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（xíng）件（jiàn）（內徑30 mm、壁（bì）厚10 mm）和球（qiú）形件（直徑60 mm）。冷等靜壓可成形幾十公斤至幾百公斤，乃至（zhì）上噸重的大尺寸坯料。
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采用防氧（yǎng）化包覆處（chù）理的TC4鈦合金粉末可以先在液壓機（jī）上用鋼模進行軸向壓製成形，然後再進行真空活化燒結，從而得到形狀（zhuàng）複雜的鈦（tài）合金近形件，如圖所示。
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圖為TC4鈦（tài）合金粉末冶金件的顯微組織照片。可見組織細小均勻（yún），由接近等軸晶的α相和細小β相組成（chéng），無完整原始β晶界（jiè），組織類型為網籃（lán）組織。
在（zài）多年的打拚中不（bú）斷完善，不斷改進，不斷（duàn）創新，在實踐中積累了（le）豐富（fù）的經（jīng）驗與掌握了特殊的加工工藝，無論從高（gāo）精密機械樣機加工，高精密零件加工，高精密模型樣機加（jiā）工，北京cnc數（shù）控加工，北京夾具工裝（zhuāng）加工 ，尺寸精度還是（shì）外觀品質（zhì）都令客戶拍手。所做產品受到諸（zhū）多國（guó）內外知名企業的好（hǎo）評，產品遠銷東南亞。
引用本文
王（wáng）海英，郭誌猛，蘆博欣，等.鈦合（hé）金粉末冶金工業化生（shēng）產技術[J].2017,34（1）：1-5.
相關文（wén）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（yè）進展,2016,33(2): 1-6.
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