內容導讀
通過分析鈦在熔煉中遇到的（de）問題，並結合粉末冶金技術的特點，指出應用粉末冶金技術是未來鈦（tài）產業發展的必然（rán）選擇。詳述了鈦合（hé）金粉末冶金生產的（de）工藝路線，該工藝生產的（de）TC4鈦合（hé）金（jīn）粉末冶金件抗拉強度可達900 MPa以上，斷後伸長率超過10%，綜合力學性能優於GB/T 25137—2010鈦及（jí）鈦合金鍛（duàn）件標準要求。鈦合金（jīn）粉末冶金件還（hái）可用來進行鍛造和擠（jǐ）壓加工成形，經鍛造、擠壓後，力學性能可進一步提高。總之，利用粉末冶金技術進行鈦合金的工業化（huà）生產具有生產設備投入（rù）成本低、可（kě）實現產品近淨成形、節約原材料、產品性能高、生產周期短等優勢。
關（guān）鍵詞：粉末（mò）冶金；鈦合金；工業化生產；力學性能
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作者/單位
作者：王海英，郭（guō）誌猛（měng），蘆（lú）博欣，張（zhāng）策
單位（wèi）：北京科技大學
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通信作者簡介
郭誌猛（1959—），男，教授，博士生導師。現任北京科技大（dà）學粉末冶金研究所所長。1982年畢業（yè）於北京鋼鐵學院獲學士學位；1982-1983年在桂林礦產地（dì）質研究院從事超硬材料科研工作；1986年獲（huò）北京科技大學碩士學位並（bìng）留校任教；1993年獲北京科技大（dà）學博士學（xué）位。1994-1996年赴日本與東京工業（yè）大學（xué）聯合開展自蔓延高（gāo）溫合成技術（SHS）的研究工（gōng）作。主要研（yán）究方向有：1.自蔓延高溫合成（SHS） ；2.粉末冶金鈦合金 ；3.粉末（mò）冶金鋁合金 ；4.金屬（shǔ）3D冷打印技術 ；5.******粉末冶金材料。
精要（yào）概覽（lǎn）
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（de）金屬，在高溫下極易與氧、碳、氮反應，導致（zhì）產品性能顯（xiǎn）著下降。當熔煉溫度（dù）達（dá）到1 800 ℃以上（shàng）時，會與（yǔ）氧（yǎng）化鋁、氧化鋯（gào）等幾乎所有的耐熱材料發生劇烈反（fǎn）應，到目前（qián）為止還沒有哪一種材料能夠直接作為熔煉鈦的坩堝。可（kě）見，鈦熔煉對環境和（hé）設備的要求（qiú）極高，生（shēng）產成本難以降低。
粉末（mò）冶金技術在1909年就（jiù）被用於製造電（diàn）燈鎢絲。它克服了難熔金屬熔鑄（zhù）過程中的困難，而鈦熔鑄過程中遇到的問題正是粉末冶金技術的優勢所在，因此把粉末冶金技術應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（huì）上就曾有專家提出（chū），鈦合金粉末冶金將（jiāng）是未來鈦合金成形研究的熱點之一。國外在粉末冶金鈦的工藝、材（cái）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（tóng）粉末原料粉末冶金成形鈦合（hé）金的研究證明，利用（yòng）傳統（tǒng）、廉價的單軸冷壓和燒結可直接（jiē）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（fěn）末成形工（gōng）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（děng）在一種低成本鈦合金（jīn）生產方法的項目報告（由美國能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（hào）為DE-EE0005761）中提出，粉末（mò）冶金製備（bèi）鈦合金的方法是一種可以與傳統的鍛（duàn）造鈦合（hé）金工藝相媲美的切實可行的工藝，將會推（tuī）進汽車等（děng）行業對鈦的應用（yòng）。
國內西北有色金屬研究院、廣州有色金（jīn）屬研究院、航天材（cái）料及工藝研究所、中（zhōng）南大學（xué）等院所單（dān）位在粉（fěn）末冶金鈦合金製粉（fěn）工藝、熱等靜（jìng）壓（yā）（HIP）技術等方麵（miàn）的研究和生產上都開展了一（yī）係列研究工作，並取得了一定成果。但截（jié）止到目前粉末冶金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（fěn）末冶金（jīn）工業化生產的優勢
（1）設備投入少粉末冶（yě）金生產工藝流程短，製造設備少，設備投入（rù）可根據生產規（guī）模靈活配置，總投（tóu）入資本（běn）可大可小，有利於鈦合金製造企業進行技術（shù）轉型，提高效益（yì）。據估算，建成年產1萬噸的鈦合金粉末冶金（jīn）生產線僅需資金約1億人民幣。
（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（cóng）而顯著提高原料利用率，節約原料成本。
（3）產品性能好檢測證明TC4鈦合（hé）金粉末冶金件性能高於國標鍛件的性能指標，無需進行鍛（duàn）造改性。
（4）生產成本低利用熔鍛方式生產鈦合金在經（jīng）過2～3次熔煉後，還需要經過幾次鍛造改性。然（rán）而，如果以粉末冶金近淨成形的鈦合金件（jiàn）為坯料，隻需一次終鍛成形即可得到***終鍛件，省去了鑄（zhù）錠多次鐓拔的改性鍛造過程，這樣可以縮短產品的生產周期，顯著降低加（jiā）工成本，對於新品開發、小批量生產（chǎn）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（zǒng）之，鈦合金粉末冶（yě）金工業化生產①設（shè）備投（tóu）入少，生（shēng）產規模配置靈活；②工序少、工藝流（liú）程短，生產周期短，能耗低，汙染少（shǎo），是一項節能、環保的綠色生產技術；③成形（xíng）件為（wéi）近終形、少切（qiē）削（xuē），材料利用率高，成本低，是降低鈦（tài）合金件價格的有效途徑；④產品性（xìng）能可達到或超過航空（kōng）用鍛件（jiàn）的******標準。因此，鈦（tài）合（hé）金粉（fěn）末冶金工業化生產是我國（guó）鈦工業去產能（néng）、快速發展的必然選擇。
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（shēng）產。2014年美國粉末冶金零部件的（de）產值為22億美元，鈦粉末冶金零（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基礎，在此基（jī）礎上，積極（jí）推進我國鈦合金粉末冶金產業化（huà），對推廣鈦的（de）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重要意（yì）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，經過冷等靜壓成形、致密化燒結，可以得到各種形狀的粉末冶金鈦合（hé）金件，如圖所示。其（qí）中圖a為經過（guò）局部車削的直徑80 mm×350 mm圓棒，圖b為汽車連杆燒結坯料，圖4c、d分別為碗形件（內徑30 mm、壁厚10 mm）和球形件（直徑60 mm）。冷等靜壓可（kě）成形幾十（shí）公斤至（zhì）幾百公斤（jīn），乃至上噸重的大尺寸坯料。
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采用防氧化包覆處理的TC4鈦合金粉末可以先在液壓機上用鋼模進行軸（zhóu）向壓（yā）製成形，然後再進行（háng）真空活化燒結，從而得到形狀（zhuàng）複雜（zá）的鈦（tài）合金近形件，如圖所示。
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圖為TC4鈦合金粉（fěn）末冶金（jīn）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（xiàng）組成，無完整原始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，蘆（lú）博欣，等.鈦合金粉末冶金（jīn）工業化生產技術[J].2017,34（1）：1-5.
相關文獻
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[2] 賈翃,逯福生,郝斌.2015年中（zhōng）國（guó）鈦（tài）工業發展報告[J].鈦工業進展（zhǎn）,2016,33(2): 1-6.
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