引言

钛合金占有比强度高、热强度高、热膨胀系数低、与复合伙料兼容性好、易焊接、抗蚀性好蹬着点，宽泛利用于航空航天、化学、医药、海洋等领域［1-3］
。TA15钛合金是航天领域宽泛利用的一种中强钛合金，其名义成分为Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V，重要强化机造是通过α不变元素Al的固溶强化，有着优良的热不变性和焊接机能，与通例的TC4钛合金相比，拥有更高的室温、高温强度和焊接机能
。TA15钛合金的常见成形步骤蕴含铸造和铸造［4］
。铸造钛合金的力学机能较好，但是加工过程中资料的利用率较低，对于一些结构复杂的构件资料利用率甚至低于10%，导致铸造钛合金的加工成本过高
。对于铸造钛合金，一些铸造缺点如孔洞和成吩飓析很难解除，这些缺点的存在会导致钛合金的机能变差［5］
。固然粉末冶金钛合金构件的成本较铸造钛合金和铸造钛合金高，但是粉末冶金钛合金构件在热等静压实现后只必要很少的机加工获得构件，资料利用率远高于锻件，同时也能够预防铸造过程中产生的孔洞和成吩飓析等缺点，获得迪胙合金热等静压态组织占有越发良好的综合机能，越发合用于航空航天领域
。其利益蕴含组织均匀、无冶金缺点、内应力幼、机能可全面达到或超过锻件水平
；谏鲜鲈，热等静压工艺受到宽泛关注，其工艺过程的影响成分也成为钻研的沉点内容
。

粉末冶金热等静压的工艺参数如温度、压力、保温功夫等对资料的微观结构和机械机能有着很大的影响
。ZHANG等人［6］发现热等静压温度在1 203 K（930 ℃）时粉末钛合金的机能最好，达到铸造钛合金的机能
。选取分歧的造粉步骤所得到的粉末状态分歧，也会对资料的组织和机能产生影响
。国内表学者之前的钻研关注于热等静压温度和压力参数对粉末钛合金机能的影响，本文重要钻研热等静压保温功夫和造粉步骤对热等静压微观组织和机能的影响
。

1、尝试

TA15预合金粉是选取统一种棒材作为原料别离由气雾化法（Gas Atomization，GA）和等离子旋转电极法（Plasma Rotating Electrode Process，PREP）两种步骤造得，粉末描摹使用SEM观察
。

热等静压参数的设置为温度为960 ℃，压力100 MPa，保温功夫别离为20、40、60、120 min
。

依照GB/T228.1-2010《金属资料拉伸试验步骤》在室温下进行的拉伸机能测试，初始应变速度为10-3/s，每个热等静压状态下测试3个试样确保测试数据的可沉复性
。

热等静压实现后，对获得的试样进行打磨、抛光和侵蚀处置，其中侵蚀时选取的侵蚀液为Kroll试剂（2%HF+4%HNO3），最后在金相显微镜下观察组织
。拉伸试样断口在扫描电镜下观察断口描摹
。热等静压抑品的密度丈量选取阿基米德法
。

2、了局与会商

2.1 粉末状态

选取SEM观察两种造粉步骤得到的粉末描摹（图1）
？芍，选取GA法造得的粉末大幼不均匀，离散度较大，分歧的粉末离散度会影响到最终热等静压抑品的致密度
。

图1 粉末SEM照片

Fig.1 Powder SEM photos

GA粉末的状态蕴含球形、椭球形等，部门大颗粒粉末周围吸附着一些幼颗粒粉末，如图1（a）所示
。GA粉末中部门粉末颗粒内部存在浮泛，浮泛由红框标出，如图1（b）所示，空心粉的存在会降低热等静压抑品的拉伸机能
。选取PREP法造得的粉末大幼均匀，粉末状态均为球形，如图1（c）所示
。粉末颗粒内部无显著浮泛，粉末均为实心，如图1（d）所示
。

2.2 微观组织

分歧保温功夫和造粉步骤得到的粉末钛合金金相组织如图2、图3所示
。

图2 GA粉造备构件的金相组织

Fig.2 Metallographic structure of GA powder

图3 PREP粉造备构件的金相组织

Fig.3 Metallographic structure of PREP powder

从分歧造度下金相照片中能够观察到粉末颗粒变形产生的怪异微观组织
。粉末收缩变形后，原始天堑处产生大变形，天生等轴α-Ti组织，内部维持层状α-Ti组织
。这是由于粉末颗粒天堑相互挤压，产生充足的变形导致再结晶，形成了等轴的α-Ti组织
。粉末颗粒内部变形较少组织大部门都为层状α-Ti组织
。粉末钛合金组织为等轴α-Ti组织、层状α-Ti组织和少量的β-Ti组织组成
。β-Ti组织所占的比例极少，对机能的影响较低
。

在分歧的热等静压保温功夫对构件的微观组织产生影响
。当热等静压保温功夫达到20 min时，粉末钛合金达到致密，无显著孔隙
。分歧保温功夫下的密度一样，如表1所示
。

表1 分歧造度下热等静压抑品的密度

Tab.1 Density of hot isostatic pressing products under different systems

随着保温功夫耽搁到120 min，粉末钛合金组织变得越发均匀，组织不休粗化
。用PREP法造得的粉末钛合金构件组织较用GA法造得粉末钛合金组织粗壮
。

2.3 拉伸机能

测试分歧造度下构件的拉伸机能，发现随着保温功夫的耽搁拉伸机能无显著变动
。这是由于保温功夫为20 min时，粉末钛合金已达到致密，耽搁保温功夫机能无显著变动
。在统一造度下，PREP法造得粉末钛合金的屈服强度和抗拉强度均高于GA法，延长率、断口收缩率和弹性模量相差不大，如表2所示
。

表2 分歧造度下热等静压构件的拉伸机能

Tab.2 Tensile properties of hot isostatic pressing components under different systems

由于两种造粉步骤选取的是统一种棒材，拉伸机能差距是由于选取分歧的造粉步骤导致粉末状态分歧而产生的
。

2.4 拉伸断口描摹

用SEM观察拉伸断口描摹，能够发现分歧造度下TA15钛合金断裂方式为韧性断裂，断口呈暗灰色，能够分辨出断口中的纤维区和剪切唇
。微观描摹为韧窝，纤维区为垂直韧窝，剪切唇区为剪切韧窝，SEM拉伸断口描摹如图4~图7所示
。

图4 低倍下GA粉造备构件拉伸断口描摹

Fig.4 Tensile fracture morphology of GA powder prepared at low magnification

图5 高倍下GA粉造备构件拉伸断口描摹

Fig.5 Tensile fracture morphology of GA powder prepared at high magnification

图6 低倍下PREP粉造备构件拉伸断口描摹

Fig.6 Tensile fracture morphology of PREP powder prepared at low magnification

图7 高倍下PREP粉造备构件件拉伸断口描摹

Fig.7 Tensile fracture morphology of PREP powder prepared at high magnification

选取GA粉造备构件的拉伸断口中的韧窝越发均匀、藐幼，纤维区和剪切唇的分界更显著，选取PREP粉末造备构件的拉伸断口中的韧窝大幼状态不均匀，断口表表粗糙，且纤维区和剪切唇边不容易分辨
。

在GA粉末造备粉末钛合金的断口SEM图中观察到了一些浮泛，如图8所示，这些浮泛的产生与GA粉末中的存在肯定量的空心粉有关（图1）
。由于有气体存在于粉末内部的空心中，在热等静压的过程中这些空心是无法解除的，在热等静压实现后在制品中形成孔洞
。由于GA粉造备粉末钛合金中孔洞的存在，导致其拉伸机能低于PREP粉末钛合金拉伸机能
。

图8 GA粉造备构件拉伸断口孔洞描摹

Fig.8 The pore morphology of tensile fracture of GA powder

3、结论

（1）粉末TA15钛合金构件组织由等轴α-Ti、层状α-Ti和少量β-Ti组成
。在原始粉末颗粒天堑为等轴组织，颗粒内部为层状组织
。

（2）热等静压时温度为960 ℃、压力为100 MPa，保温功夫为20 min时可达到致密
。随着保温功夫耽搁到2 h，组织长包头时变得越发均匀
。

（3）选取PREP粉末造备迪胙合金构件的屈服强度和拉伸强度高于GA粉造备构件，延长率、断口收缩率和弹性模量无显著差距
。

（4）粉末TA15钛合金拉伸断裂为韧性断裂，断口能够分辨出纤维区和剪切唇，微观描摹为韧窝
。选取GA粉末造备粉末钛合金断口中存在孔洞
。

参考文件

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