一种新型低成本钛制造工艺——场辅助烧结-锻造

粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。钛及钛合金虽然具有比强度高、耐腐蚀性好和热膨胀系数低等优异性能，但其制造成本较高限制了其应用。英国谢菲尔德大学学者N.S.Weston等人开发出一种低成本钛制造工艺——场辅助烧结-锻造(FAST-forge)技术。该工艺采用的加工路径分为两部分：首先利用场辅助烧结技术将钛合金粉末预制成坯，再精密热锻近净成形构件。采用ASTM5级Ti-6Al-4VHDH粉末，以100℃/min的加热速率固化，在1200℃、50MPa下保温保压30min，得到Φ100mm×15mm的圆盘和Φ20mm的近净成形双锥体试样。圆盘需要进一步机加工制成Φ20mm的双锥体试样。机加双锥体试样在850、950、1050℃，应变速率为0.01、0.1、1s-1下进行锻造变形试验，近净成形双锥体试样在950℃，应变速率为0.01、0.1、1s-1下进行锻造变形试验。观察变形后试样的显微组织，记录变形过程中位移载荷数据，并辅以有限元模拟。

结果表明：FAST制备的两种Ti-6Al-4V试样的组织演变规律和锻造变形行为与传统熔炼、多火次锻造的Ti-6Al-4V合金材料相似。与机加双锥体试样对比，近净成形双锥体试样的显微组织和变形行为未受到不利影响。试样烧结后的组织为魏氏组织，经过锻造后，试样孔隙率进一步降低，拉伸性能得到提高。近净成形双锥体试样显微组织中的初生α相在950℃、较高的应变速率(0.01、0.1、1s-1)时发生破碎，这与有限元模拟结果具有很好的一致性。

目前，FAST工艺还在小规模试验过程中，还不能满足批量生产的要求。但FAST工艺可以提高加热速率来减少加工时间，同时对微观组织的影响较小。通过充分的过程设计和控制，采用FAST-forge技术路线制备出几何形状更加复杂的结构件成为可能。这种粉末成形方法有望降低钛零部件的成本。