在鈦元素中添加其它合金成分可制得鈦合金，根據(jù)添加元素種類、數(shù)量的不同，合金具有不同的多型性轉(zhuǎn)變溫度、結(jié)構(gòu)和組織。典型鈦合金的力學(xué)性能如表1-2所示，其添加的合金元素大致可分為三類：α穩(wěn)定元素、β穩(wěn)定元素和中性元素。

（1）α穩(wěn)定元素。該類元素能在α相中大量溶解并增加α相的熱力學(xué)穩(wěn)定性，提高相變轉(zhuǎn)變點(diǎn)，擴(kuò)大α相區(qū)，屬于此類的元素主要有Al、Ga、O、C、N、B等。其中O、C、N、B元素主要溶于ɑ相，形成間隙固溶體，可升高相變點(diǎn)；Al、Ga元素主要溶于ɑ相，固溶度較大，亦能升高相變點(diǎn)，但添加過多會(huì)形成金屬間化合物。

（2）β穩(wěn)定元素。該類元素會(huì)降低α/β相點(diǎn)并擴(kuò)大β相區(qū)，且能在β相中大量溶解。該型元素分成兩類：一類能與β-Ti同晶型形成無限固溶體而與α-Ti形成有限固溶體，如Mo、V、Ta、Nb等同晶型β穩(wěn)定元素；另外一類能強(qiáng)烈降低相變點(diǎn)，與β-Ti形成有限固溶體。

（3）中性元素。在α和β相中都能大量溶解，對(duì)相變無明顯影響。工業(yè)鈦合金根據(jù)其在室溫下的主要成分也被分成三類：α型合金、β型合金與α+β型合金。

（a）α型合金。該型合金主要包括純鈦及β相變點(diǎn)以下退火后含少量β相（2~5vol%）的鈦合金，其主要合金元素是α穩(wěn)定元素Al及中性元素Sn、Zr。該型合金的焊接性能良好，但不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，室溫下具有中等強(qiáng)度，600℃以下具有良好的抗熱性和抗氧化性。全部是α相的鈦合金具有相對(duì)較低的拉伸強(qiáng)度和可成形性，為激活高應(yīng)力的非基面滑移系統(tǒng)需加入少量的β穩(wěn)定元素從而引入β相。近α鈦合金亦屬于α鈦合金。

（b）α+β型鈦合金。該類合金是雙相合金，綜合性能優(yōu)異，組織穩(wěn)定，韌性、塑性和高溫變形性能較好。α+β鈦合金可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，效果取決于β穩(wěn)定元素含量。該型合金的室溫強(qiáng)度和塑性高于α合金，加工性能好，除含有β穩(wěn)定元素及中性元素外還可含有一定的Al元素。最典型的α+β鈦合金是TC4合金。

（c）β型鈦合金。該型合金的特點(diǎn)是加入大量β穩(wěn)定元素，通過熱處理提高合金強(qiáng)度。該型鈦合金的塑性與冷加工性能良好，但難以焊接，組織與性能易發(fā)生變化，工作溫度較低。

高速壓制技術(shù)基本原理

高速壓制不完全同于傳統(tǒng)壓制，該技術(shù)不采用加載緩慢的機(jī)械系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)，而采用液壓沖擊機(jī)等設(shè)備，使壓制速度比傳統(tǒng)壓制速度快500~1000倍。高速壓制過程中，質(zhì)量為5~1200kg的錘頭以2~30m/s的速度沖擊上模沖，高沖擊能量使粉末體迅速被壓實(shí)，產(chǎn)生的多重附加沖擊應(yīng)力進(jìn)一步提高生坯密度。錘頭重量和瞬間沖擊速度決定了沖擊能的大小及生坯致密度。高速壓制的基本原理圖如圖1-1所示。

多次壓制能夠提高密度

傳統(tǒng)工藝中，壓制壓力對(duì)壓坯密度起決定性作用，復(fù)壓次數(shù)對(duì)壓制密度也有一定影響。在高速壓制過程中，在一定壓制次數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行多次沖擊壓制，沖擊能量累加，密度隨著壓制次數(shù)的增加而提高。王建忠發(fā)現(xiàn)，總能量一定時(shí)，利用總能量的10~30%進(jìn)行第一次壓制，剩余能量進(jìn)行第二次壓制獲得的生坯密度比單次壓制要高。

工藝路線

本文擬采用的工藝路線如圖2-2所示。金屬粉末經(jīng)元素混合法混合均勻后采用機(jī)械蓄能式高速壓機(jī)壓制成形，壓制前模具使用硬脂酸鋰懸浮液進(jìn)行潤(rùn)滑。生坯密度用阿基米德法測(cè)出，利用掃描電鏡進(jìn)行組織分析。生坯經(jīng)無壓真空燒結(jié)后獲得燒結(jié)坯，對(duì)燒結(jié)坯進(jìn)行密度分析、組織分析及力學(xué)性能分析。