一種新型低成本鈦制造工藝——場(chǎng)輔助燒結(jié)-鍛造

粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過(guò)成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。鈦及鈦合金雖然具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好和熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)異性能，但其制造成本較高限制了其應(yīng)用。英國(guó)謝菲爾德大學(xué)學(xué)者N.S.Weston等人開(kāi)發(fā)出一種低成本鈦制造工藝——場(chǎng)輔助燒結(jié)-鍛造(FAST-forge)技術(shù)。該工藝采用的加工路徑分為兩部分：首先利用場(chǎng)輔助燒結(jié)技術(shù)將鈦合金粉末預(yù)制成坯，再精密熱鍛近凈成形構(gòu)件。采用ASTM5級(jí)Ti-6Al-4VHDH粉末，以100℃/min的加熱速率固化，在1200℃、50MPa下保溫保壓30min，得到Φ100mm×15mm的圓盤(pán)和Φ20mm的近凈成形雙錐體試樣。圓盤(pán)需要進(jìn)一步機(jī)加工制成Φ20mm的雙錐體試樣。機(jī)加雙錐體試樣在850、950、1050℃，應(yīng)變速率為0.01、0.1、1s-1下進(jìn)行鍛造變形試驗(yàn)，近凈成形雙錐體試樣在950℃，應(yīng)變速率為0.01、0.1、1s-1下進(jìn)行鍛造變形試驗(yàn)。觀察變形后試樣的顯微組織，記錄變形過(guò)程中位移載荷數(shù)據(jù)，并輔以有限元模擬。

結(jié)果表明：FAST制備的兩種Ti-6Al-4V試樣的組織演變規(guī)律和鍛造變形行為與傳統(tǒng)熔煉、多火次鍛造的Ti-6Al-4V合金材料相似。與機(jī)加雙錐體試樣對(duì)比，近凈成形雙錐體試樣的顯微組織和變形行為未受到不利影響。試樣燒結(jié)后的組織為魏氏組織，經(jīng)過(guò)鍛造后，試樣孔隙率進(jìn)一步降低，拉伸性能得到提高。近凈成形雙錐體試樣顯微組織中的初生α相在950℃、較高的應(yīng)變速率(0.01、0.1、1s-1)時(shí)發(fā)生破碎，這與有限元模擬結(jié)果具有很好的一致性。

目前，F(xiàn)AST工藝還在小規(guī)模試驗(yàn)過(guò)程中，還不能滿足批量生產(chǎn)的要求。但FAST工藝可以提高加熱速率來(lái)減少加工時(shí)間，同時(shí)對(duì)微觀組織的影響較小。通過(guò)充分的過(guò)程設(shè)計(jì)和控制，采用FAST-forge技術(shù)路線制備出幾何形狀更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件成為可能。這種粉末成形方法有望降低鈦零部件的成本。

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