真空热压制备纯钛和Ti-6Al-7Nb 合金及其性能研究

常规方法制备钛及钛合金的成本较高，而采用粉末冶金方法可以显著降低成本。Bolzoni 等人采用真空热压方法，利用钛粉及合金粉在不同条件下热压来研究热压参数对纯钛及Ti-6Al-7Nb 合金组织及性能的影响。

热压制备纯钛的原料是200 目和500 目的钛粉，制备Ti-6Al-7Nb 合金的原料由200 目的钛粉与Nb、Al、Ti 比为60∶35∶5 的母合金粉混合而成。将200目钛粉、500 目钛粉以及混合粉末分别装入石墨模具中。为便于脱模并避免高温下粉末与模具直接接触，在模具上涂覆BN 涂层。分别在900、1 000 ℃热压1 h 或1 300 ℃热压30 min，热压的最大压力为30 MPa，升温速率为10 ℃/min，真空度为9.9 ×10-5Pa。研究了热压获得的两种纯钛试样及Ti-6Al-7Nb 合金试样(混合粉末压制)的相对密度、组织、物相、间隙元素含量、三点弯曲性能及硬度。结果表明，随着热压温度的升高，钛及钛合金的相对密度均有所提高。其中500 目的钛粉由于比表面积较大，O 含量较高，制备出的纯钛试样相对密度低于200 目钛粉制备的试样。200 目钛粉在900 ℃热压制备的试样孔隙较小，尺寸大约为10 μm，而在1 300 ℃热压后孔隙基本消失，相对密度达到99%以上。在1 300 ℃热压制备的Ti-6Al-7Nb 合金获得了典型的α+β组织。纯钛及Ti-6Al-7Nb 合金热压试样中的O及C 元素均没有变化，但N 元素含量升高。这是因为Ti 在高温下与模具涂层BN 接触时会发生反应生成TiN、TiB，促进了N 与B 向Ti 基体扩散。另外TiN 及TiB 的生成还严重影响了试样的弯曲性能。由于间隙元素、晶粒尺寸以及基体与BN 涂层的反应等复合作用，试样的弯曲性能受加工温度的影响极大。磨掉外表面反应层有利于提高纯钛及Ti-6Al-7Nb合金的最大弯曲强度。