热等静压制备Ti-6Al-4V合金热处理工艺及超塑性研究

摘要

热等静压法（HIP）制备的Ti-6Al-4V粉末钛合金具有成本低和力学性能优良的综合优势，在航空航天领域具有重要的应用前景。为了优化Ti-6Al-4V粉末的热等静压工艺，探索主要工艺参数与材料性能的关系，本文对Ti-6Al-4V的粉末形貌进行了分析；实验研究了粘结剂和润滑剂对粉末流动性和松装密度的影响；针对HIP制备的粉末钛合金坯材，对其退火处理、固溶时效处理进行了系统的研究，结合金相分析、能谱分析、扫描电镜分析和力学性能测试，得出了最佳热处理工艺参数；并首次对HIP制备的Ti-6Al-4V粉末钛合金进行了超塑性的试验研究。 研究结果表明，经HIP制备的Ti-6Al-4V粉末钛合金的主要力学性能优于同牌号的锻材。采用气体雾化法制备的Ti-6Al-4V粉末形貌呈球状，流动性较好，其平均粒度越小，制材的拉伸力学性能越好；在Ti-6Al-4V粉末中添加润滑剂硬脂酸锂和粘结剂聚乙二醇后，可提高粉末的流动性和松装密度，从而提高压坯的密度和强度，硬脂酸锂和聚乙二醇的最佳加入量分别为0.2％和0.1％；经退火处理和固溶时效处理后可改善和提高HIP制备的Ti-6Al-4V粉末制材的力学性能，最佳固溶时效处理的工艺参数为935℃+36min+WQ；470℃+6h+AC；HIP制备的Ti-6Al-4V粉末钛合金同样具备良好的超塑性，利用最大m值法，当加热温度为900℃，时间增量为4s，速度增量为0.09 mm/min时，该合金可获得425％的延伸率。 本文的研究工作，为HIP制备的Ti-6Al-4V粉末钛合金的工程应用提供了基础。