【摘 要】
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Ti-1Al-8V-5Fe（Ti-185）合金是一种低成本高强度钛合金结构材料,在航空航天等领域具有广泛的应用。与传统铸锭冶金法相比,粉末冶金钛合金在降低成本、晶粒细化和减少偏析等方面具有诸多优势。然而,传统粉末冶金钛合金普遍存在氧含量高、致密度低等问题。本文以TiH2和Al1V8Fe5中间合金为原材料,通过热机械固结法制备出低成本粉末冶金Ti-185合金。研究了混合粉末压坯烧结过程中的合金化及致
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Ti-1Al-8V-5Fe（Ti-185）合金是一种低成本高强度钛合金结构材料,在航空航天等领域具有广泛的应用。与传统铸锭冶金法相比,粉末冶金钛合金在降低成本、晶粒细化和减少偏析等方面具有诸多优势。然而,传统粉末冶金钛合金普遍存在氧含量高、致密度低等问题。本文以TiH2和Al1V8Fe5中间合金为原材料,通过热机械固结法制备出低成本粉末冶金Ti-185合金。研究了混合粉末压坯烧结过程中的合金化及致密化过程,并对热机械固结Ti-185合金进行真空脱氢&退火处理和固溶时效处理,研究其显微组织演变,以及显微组织与力学性能的关系。此外,以TiH2和Al、V、Fe纯金属粉末为原材料,通过真空烧结与锻造法制备出高致密度粉末冶金Ti-185合金,系统研究了热处理工艺对合金组织与性能的影响,并与铸锭冶金Ti-185合金进行对比,阐述了粉末冶金Ti-185合金在组织和性能方面的独特优势。通过对TiH2和Al1V8Fe5中间合金混合粉末进行粒度分布测试和EDS元素分析,发现混合粉末平均粒度为9.9 μm,且两种原材料粉末充分混合均匀。对混合粉末压坯的烧结合金化和致密化进行研究,发现经1100℃/10min烧结后组织中存在未溶中间合金颗粒,经1200℃/5min烧结后可实现完全合金化,且此时平均晶粒尺寸仅为50 μm;以中间合金粉末代替纯金属粉末,不仅可以促进烧结合金化,还可以提高烧结致密度,经1300℃/5min烧结后,混合粉末压坯的烧结致密度可达到98.5%。对制备的粉末冶金Ti-185合金进行了显微组织及力学性能研究,发现热处理工艺对Ti-185合金的力学性能至关重要。热机械固结Ti-185合金经真空脱氢&退火处理后,组织中析出了大量弥散分布的初生α相,屈服强度为1038 MPa,抗拉强度为1138 MPa,断后延伸率为11.6%;经固溶时效处理后,组织中析出了纳米次生α相,屈服强度大幅提升至1505 MPa,但由于氧含量（0.40%）较高,且晶界α相厚度较大、连续分布,导致塑性急剧恶化。真空烧结与锻造法制备的粉末冶金Ti-185合金经740℃/1h/WQ+500℃/4h/AC固溶时效处理后屈服强度为1350 MPa,断后延伸率为8.9%;经780℃/1h/WQ+500℃/4h/AC固溶时效处理后屈服强度为1408 MPa,断后延伸率为5.8%。此时粉末冶金Ti-185合金的氧含量为0.35%,相对密度为99.9%,由于氧含量的降低,导致其强度相对热挤压Ti-185合金有所下降,同时因为破坏了晶界α相的连续分布,其断后延伸率有所提高。通过控制粉末冶金Ti-185合金中的氧含量,并对显微组织进行热处理调控,最终获得了强度与塑性的良好匹配。
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