一種新型低成本鈦制造工藝——場輔助燒結-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，經過成形和燒結，制造金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工藝技術。鈦及鈦合金雖然具有比強度高、耐腐蝕性好和熱膨脹系數低等優異性能，但其制造成本較高限制了其應用。英國謝菲爾德大學學者N.S.Weston等人開發出一種低成本鈦制造工藝——場輔助燒結-鍛造(FAST-forge)技術。該工藝采用的加工路徑分為兩部分：首先利用場輔助燒結技術將鈦合金粉末預制成坯，再精密熱鍛近凈成形構件。采用ASTM5級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的圓盤和Φ20mm的近凈成形雙錐體試樣。圓盤需要進一步機加工制成Φ20mm的雙錐體試樣。機加雙錐體試樣在850、950、1050℃，應變速率為0.01、0.1、1s-1下進行鍛造變形試驗，近凈成形雙錐體試樣在950℃，應變速率為0.01、0.1、1s-1下進行鍛造變形試驗。觀察變形后試樣的顯微組織，記錄變形過程中位移載荷數據，并輔以有限元模擬。

結果表明：FAST制備的兩種Ti-6Al-4V試樣的組織演變規律和鍛造變形行為與傳統熔煉、多火次鍛造的Ti-6Al-4V合金材料相似。與機加雙錐體試樣對比，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。試樣燒結后的組織為魏氏組織，經過鍛造后，試樣孔隙率進一步降低，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℃、較高的應變速率(0.01、0.1、1s-1)時發生破碎，這與有限元模擬結果具有很好的一致性。

目前，FAST工藝還在小規模試驗過程中，還不能滿足批量生產的要求。但FAST工藝可以提高加熱速率來減少加工時間，同時對微觀組織的影響較小。通過充分的過程設計和控制，采用FAST-forge技術路線制備出幾何形狀更加復雜的結構件成為可能。這種粉末成形方法有望降低鈦零部件的成本。

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