论文摘要
一直以来，高使用成本是阻碍性能优异钛合金广泛应用的主要因素。为了寻求一种能实现低成本、高性能钛合金生产工艺，对钛合金温压成形工艺进行了实验和数值模拟研究，探索钛合金温压成形的可行性。对钛合金温压成形工艺的实验研究表明，由比重4：1的钛合金粗细粉，质量分数为0.4%硬脂酸钡组成的混合粉，在120℃时于500MPa温压成Φ10×30钛合金压坯，获得最高密度3.82g/cm3，高于或低于该温度密度均降低。其中，模壁润滑可以使温压粉末最佳润滑剂含量降为0.2%；双向压制方式成功实现了钛合金试棒的压制，在110℃时于700MPa获得了最高密度4.0g/cm3，效果明显。相同条件下，预烧结比无预烧结、1350℃烧结比1250℃烧结分别能提高烧结密度约0.02g/cm3和0.015 g/cm3。钛合金试棒烧结坯在预烧、1350℃时最高密度为4.36g/cm3，达到理论密度的98.41%。力学性能随温压温度的变化规律与烧结坯密度、压坯密度一致。110℃温压钛合金试棒抗拉强度最高达985MPa，延伸率最大为11.06%，综合力学性能最好。为了从另一个角度研究钛合金温压成形工艺，采用MSC MARC 2010软件对钛合金压制过程进行了数值模拟，结果表明：模壁摩擦使周边粉末轴向流动延后现象同样体现在密度分布特点上；边角的受力状况决定着粉末径向流动在靠近模冲端由周边流向中心，远离端方向相反，密度分布在边角的集中现象亦与受力情况有关。随着压制过程压制力的增加，相对密度变化规律与实验表现一致，与模壁接触的周边粉末温度因塑性功和摩擦生热效应而使有升高现象。模壁润滑能降低粉末与模壁之间的摩擦系数，双向压制缩小了压制方向压坯密度差，两者均有效地提高了钛合金粉末温压致密化效果，与实验结果相符。通过对钛合金温压致密化机理的探讨，获得了温压工艺制定的有用指导。应用实例表明，钛合金温压工艺已具有实用价值。