现代手艺的一直生长前进推动质料向着高效能和高性能的偏向生长，，，，，高温结构质料领域的生长前进尤为显着。。。。。。。。钛合金由于其低密度、高比强度、优异的抗蠕变性和耐侵蚀性，，，，，越来越受到学者的关注。。。。。。。。通过对其一直的设计和刷新，，，，，钛合金在航空航天、武器装备领域获得了极大的应用[1-3]。。。。。。。。钛合金的原质料本钱较高，，，，，古板的加工方法铸造、铸造加工工序重大且质料使用率仅有 30%，，，，，铸件易爆发气孔，，，，，夹杂和元素偏析等缺陷，，，，，在加工制备历程中易爆发氧化。。。。。。。。这些缺陷都严重制约了钛合金构件的力学性能和使用条件，，，，，限制了钛合金工业化应用的扩大生长[4]。。。。。。。。

热等静压粉末冶金手艺将重大零件的模？？？？？？怯胄托鞠嗤沤，，，，，与古板钛合金铸造、铸造制造工艺相比，，，，，热等静压粉末冶金具有以下优势：

（1）产品致密度高，，，，，匀称性好，，，，，综协力学性能优异。。。。。。。。相比于冷等静压，，，，，电火花烧结等古板粉末冶金成形方法。。。。。。。。经由粉末冶金热等静压制备的产品致密度靠近 100%，，，，，综协力学性能与铸造构件相当[5]；；；；；；；；

（2）构件结构顺应性广，，，，，通过包套和型芯的组合可知足重大形状产品的整体成形需求，，，，，且尺寸精度抵达 0.2 mm，，，，，外貌质量高、机加工量少。。。。。。。。

（3）提高质料使用率，，，，，相比于古板铸造、铸造工艺。。。。。。。。热等静压粉末冶金手艺的质料使用率大于 50%，，，，，具有工艺要领简朴，，，，，生产周期短的特点[6-7]。。。。。。。。

钛合金粉末冶金热等静压手艺优势显着，，，，，受到海内外学者的普遍关注，，，，，相关手艺和理论的研究越来越深入。。。。。。。。向着形状重大、质量要求高的产品、航空航天、舰船深潜等主要领域生长，，，，，并一直在汽车等民用工业上获得应用[8-11]。。。。。。。。本文对现在海内外钛合金粉末冶金热等静压手艺的工艺、装备和理论研究举行了先容，，，，，并对未来生长偏向举行了简要剖析。。。。。。。。

1、钛合金粉末冶金热等静压手艺

粉末冶金成形工艺是将金属或预合金粉末直接制备成形零件净尺寸的一种加工方法，，，，，制备的零件组织匀称，，，，，性能优异，，，，，且质料使用率高，，，，，主要的制备要领有真空烧结、热等静压、注射成形和增材制造等[12]。。。。。。。。

热等静压是高票鹄胧料生产和制备必不可少的手段。。。。。。。。将铸件或填装金属粉末的包套放入热等静压机内，，，，，接纳惰性气体作为压力转达介质，，，，，热等静压机中的包套和铸件在高温情形中遭受来自全方位匀称的压力[13]。。。。。。。。加热温度通常为金属粉末的0.6~0.7Tm（金属熔点），，，，，压力控制为 90~2 000 MPa，，，，，热等静压时间为 2~5 h，，，，，最终获得致密化的组织[14]。。。。。。。。

热等静压历程使内部的孔隙和微裂纹等缺陷闭合，，，，，起到提高铸件整体力学性能的目的[15]。。。。。。。。粉末冶金包套内的金属粉末在高温下爆发软化，，，，，在高压作用下包套受到挤压使软化的金属粉致密并成形。。。。。。。。

热等静压粉末冶金手艺主要办法包括：制粉并凭证成形零件尺寸设计制作包套和型芯，，，，，包套检漏后将金属粉末填充进包套并压实，，，，，真空除气后封焊包套，，，，，热等静压处置惩罚后，，，，，接纳机加工或酸蚀的要领去除包套，，，，，最后通过局部精加工获得制品零件，，，，，如图1所示[16-17]。。。。。。。。

选取高性能的钛合金粉末，，，，，并加以严酷的生产工艺控制，，，，，最终获得的热等静压粉末冶金钛合金构件的力学性能已经靠近或部分优于铸造钛合金。。。。。。。。优异的力学性能是一方面由于在高温均质压力下，，，，，零件致密度高、匀称性好。。。。。。。。另一方面烧结温度在 β相相变点以下，，，，，可以将钛合金粉末制备历程中快速凝固形成的细小组织充分保存，，，，，使最终获得的质料晶粒细小匀称[18]。。。。。。。。

2、钛合金热等静压装备手艺及其生长现状

热等静压是粉末冶金近净成形手艺的主要的成形方法，，，，，1955 年美国 Battle 研究以是核反应堆质料扩散粘结为配景，，，，，乐成研制出天下上第一台热等静压机。。。。。。。。20世纪60年月，，，，，NUCLEAR METALS公司气体雾化法制粉相关手艺的研制乐成，，，，，进一步增进了金属粉末冶金手艺与热等静压手艺相团结。。。。。。。。70年月，，，，，美国和瑞士相继使用热等静压装备生产高速工具钢。。。。。。。。80 年月美国空军实验室最早将该手艺扩展到镍基高温合金和钛合金成形上。。。。。。。。经由近 70 年的生长和完善，，，，，热等静压手艺已经普遍应用于航空、航天、核质料、高温合金和陶瓷质料等领域，，，，，并向着智能化、自动化、大型化、装置利便和清静可靠等偏向生长[19-20]。。。。。。。。

国际上热等静压装备的要害手艺主要掌握在美国、俄罗斯、日本、中国等少数国家。。。。。。。。其中总部位于瑞士的著名热等静压企业 ABB 公司的相关手艺储备处于天下领先职位，，，，，并于1990年建设了一套完整的热等静压近净成形生产线，，，，，包括粉末制备、模具软件模拟与设计加工和热等静压成形[21]。。。。。。。。2007年瑞典AVURE公司为日本制作了其时全球最大的热等静压机，，，，，高度凌驾12.6 m，，，，，总质量约为550 t，，，，，热等静压系统的直接事情区域为1.8 m×3.3 m，，，，，极限事情温度为 1 150 ℃，，，，，最高事情压力为 104 MPa，，，，，并接纳电脑和PLC全程控制，，，，，主要应用于粉末冶金不锈钢产品的生产。。。。。。。。

海内热等静压装备研提倡步较晚，，，，，主要研发基地为北京钢铁研究总院和航空工业川西机械有限责任公司[22]。。。。。。。。钢铁研究总院从 1972 年最先举行中国第一台热等静压机的研究，，，，，是中国最早从事热等静压装备的研究、开发、设计、生产应用的科研院所，，，，，已经开发出3个系列，，，，，数10种型号的产品，，，，，主要手艺指标抵达了国际领先水平。。。。。。。。航空工业川西机械有限责任公司是我国最早从事生产冷等静压装备的企业，，，，，在国家重大科技装备基金的支持下重点研发热等静压手艺。。。。。。。。经由 3 年多手艺攻关，，，，，在 2008年乐成交付航空工业贵州安吉精铸公司1台海内最大的热等静压机[23]。。。。。。。。在2018年1月为核工业西南物理研究所研制乐成了具有射流式匀称快冷手艺的大型热等静压装备，，，，，填补了海内射流式匀称快冷手艺的空缺。。。。。。。。该装备在 ?1 250 mm 的事情区域内，，，，，最高事情高度为1 800 mm，，，，，最高事情压力为200 MPa，，，，，最高事情温度为 1 400 ℃，，，，，主要用于我国热核聚变人造太阳异种质料的扩散毗连。。。。。。。。

3、钛合金粉末的制备及生长现状

钛合金粉末的质量决议粉末冶金热等静压构件的力学性能，，，，，差别方法制备的钛合金粉末的形状、尺寸、流动性都不相同，，，，，极大影响粉末冶金近净成形产品的质量[24]。。。。。。。。

气体雾化法使熔融的金属在雾化室内被高速气流破损成小液滴，，，，，最终冷却成金属粉末。。。。。。。。所制备的金属粉末粒度为 50~300 μm，，，，，如图 2（a）所示[25]。。。。。。。。

气体雾化法最早由美国 Crucible Materials corpora-tion公司发明。。。。。。。。但由于气体雾化时会爆发部分金属液滴包裹惰性气体，，，，，而使钛粉中留下气孔形成空心粉[26]，，，，，在热等静压历程中空心粉内的惰性气体气体很难完全释放，，，，，从而对制品件的致密度和疲劳性能造成影响。。。。。。。。凭证形成的金属液滴的方法差别可分为真空感应熔炼气雾化(VIGA）、电极感应熔炼气 体雾化法(EIGA）、等离子雾化法(PA)，，，，，如图 2（b）所示。。。。。。。。钛合金的熔点高，，，，，并且性子生动，，，，，因此容易与坩埚爆发反应引入杂质元素。。。。。。。。随着冷坩埚手艺的成熟和悬浮熔炼手艺的突破，，，，，冷坩埚和无坩埚手艺被引入到预合金粉末的制备中[27]。。。。。。。。

离心雾化法的原理是借助金属液高速旋转爆发的离心力在容器内凝聚成粉末[28]。。。。。。。。？？？？？？梢苑治壤胱有缂砘(PREP)如图2（c）所示、电子束旋转盘法(EBRD)、激光旋转雾化法(LSA)3 种方法。。。。。。。。

等离子旋转电极雾化法(PREP)是离心雾化法中应用最广的一种方法，，，，，原理是将圆棒状的钛合金电极在高速旋转的历程中，，，，，使用放电等离子体爆发的高温将电极一端熔化，，，，，熔化的合金在离心力的作用下被高速甩出电极端面，，，，，合金液滴在雾化室内被高纯惰性气体进一步破损，，，，，并快速冷却形成粉末。。。。。。。。其制备的粉末粒度为 150~250 μm，，，，，制备的粉末球形度高，，，，，流动性好，，，，，卫星球少，，，，，致密度高[29]。。。。。。。。

离心雾化法和气体雾化法相比，，，，，阻止了高速气流攻击金属液滴导致空心粉的爆发，，，，，并且粒度漫衍更窄，，，，，粉末品质更高,可是其生产效率低、装备本钱和制造本钱高等问题，，，，，使其制备的钛粉只能应用于航空航天等高端产品[30]。。。。。。。。海内机械科学研究总院郑州机械研究所研制乐成了首台大型等离子旋转雾化制粉装备，，，，，可应用于高品质钛合金粉末的制备。。。。。。。。气体雾化法和等离子旋转电极雾化法是当今最主要的钛与钛合金的预合金粉末制备要领，，，，，主要面向航空航天等高尖端领域，，，，，而通俗汽车或民用领域则会选用本钱较低的元素混正当或氢化脱氢法制备的钛粉。。。。。。。。现在全球球形钛粉的需求总量为150~350 t[31]，，，，，随着增材制造和粉末注射成形手艺的推广和近净成形手艺的成熟，，，，，球形粉末的需求会急速增添，，，，，未来钛与钛合金粉末的研究偏向依然为降低粉末杂质含量，，，，，降低粉末颗粒度和降低本钱等[32-33]。。。。。。。。

4、HIP近净成形历程的致密化和模子研究希望

在热等静压历程中，，，，，包套受到的温度和压力为各向同性，，，，，包套现实缩短率大于 30%，，，，，且粉末质料受到工艺参数、质料属性和零件结构的影响，，，，，导致零件缩短不匀称，，，，，形状爆发较大的转变[34]。。。。。。。。在实践中轴向与径向的缩短比例差别较大，，，，，当设计包套加入型芯时，，，，，零件的尺寸转变将越发重大[35]。。。。。。。。已往很长一段时间，，，，，粉末冶金研究职员照旧接纳古板的“试错法”，，，，，通过重复试验来一直修正包套的尺寸数据，，，，，并在重大尺寸处增添加工余量，，，，，来最终获得切合尺寸要求的零件。。。。。。。。这种要领不但需要设计者具有富厚的履历，，，，，并且要消耗大宗的人力和物力本钱，，，，，手艺稳固性和可靠性差，，，，，最终通过机械加工去除余量也违反了热等静压近净成形生长偏向。。。。。。。。因此掌握粉末致密化历程的转变纪律，，，，，通过盘算机手艺把 CATIA、UG、3D/CAD、Pro E、等三维造型软件和 MSC、Marc、ABAQUS 等有限元仿真软件功效相团结，，，，，研究要害尺寸缩短纪律，，，，，对包套的要害尺寸举行辅助设计和展望，，，，，将包套设计、钛合金HIP中的致密化历程以及粉末冶金产品的模拟仿真相团结，，，，，最终节约了本钱，，，，，提高了事情效率，，，，，为HIP工艺制备种种工程构件提供了有力支持［35］。。。。。。。。

热等静压历程的数学模子，，，，，一样平常为建设在有限元要领上的数值模拟，，，，，来展望热等静压历程中包套和粉体的变形历程，，，，，已成为热等静压领域主要的研究偏向。。。。。。。。英国伯明翰大学的 YUAN 等以多孔质料的塑性变形理论为基础，，，，，使用 ABAQUS /CAE 来模拟展望钛合金粉末在热等静压历程中的缩短变形，，，，，并研制了重大的钛合金外涵道缩比件，，，，，零件尺寸和 模拟效果的误差在 2% 以内，，，，，对现实生产有主要的指导意义[36]。。。。。。。。Teraoku T 等[37]修正了 Shima 模子，，，，，对致密水平差别较大的多个 TC4 试样举行压缩比测试，，，，，使用有限元模拟的要领对TC4粉末热等静压涡轮叶片举行模拟，，，，，现实模拟和零件尺寸很是靠近。。。。。。。。

我国中科院金属所徐磊团队 2003 年最先钛合金粉末有限元致密化历程的研究，，，，，通过建设钛合金模拟展望盘算数据库，，，，，已经做到简朴回转体、重大薄壁异形结构件、重大关闭型腔对称件的尺寸模拟。。。。。。。。构件的尺寸模拟规模为 50~1 000 mm，，，，，要害尺寸的误差规模小于 2%[38]。。。。。。。；；；；；；；；锌萍即笱Ю钌俨ǖ萚39]通过致密化数学模子建设 HIP 图的方法，，，，，对陶瓷质料热等静压历程举行盘算模拟，，，，，将模拟效果和实验数据举行比照，，，，，其误差规模在0.35%以下，，，，，证实可以通过HIP图对工艺参数举行优化。。。。。。。。东北大学郭瑞鹏等[40]选用Ti-6Al-4V和Ti-5Al-2.5Sn两种质料，，，，，接纳有限元模拟盘算热等静压历程中包套的缩短变形，，，，，如图3所示，，，，，实验效果与构件尺寸误差在接受规模内。。。。。。。。

5、海内外钛合金粉末冶金热等静压的应用与生长

粉末冶金热等静压手艺由于其较高的质料使用率、靠近锻件的综协力学性能受到了外洋学者的普遍关注。。。。。。。。但受到手艺水平的限制，，，，，焦点手艺主要集中在西欧、俄罗斯、日本等蓬勃国家手中。。。。。。。。在钛合金粉末冶金领域，，，，，美国主要专注于航空航天等军事领域的应用。。。。。。。。在发念头上的应用最初局限于非承力部件，，，，，如通用电器公司制造的GET73涡轮喷气发念头轴承座的毛坯件，，，，，由于尺寸精度高，，，，，切削加工量少，，，，，相比于锻材的加工本钱降低了25% 以上[41]。。。。。。。。随着手艺的前进刷新，，，，，钛合金粉末冶金手艺已经应用到承力部件上，，，，，如战斧巡航导弹 F107 发念头叶轮和转子等。。。。。。。。在飞机零部件上的应用越发普遍，，，，，从 F-14 战斗机的钛合金支持杆、机身支柱，，，，，F-15战斗机的TC4合金的龙骨机头到F-18大黄蜂战斗机的引擎牢靠支架，，，，，都使用了粉末冶金热等静压的工艺。。。。。。。。质料的使用率从铸锻工艺的10%~35%上升到50%~60%，，，，，本钱普遍降低25%以上[42-43]。。。。。。。。

欧洲国家的钛合金热等静压近净成形手艺专注于大型的重大构件，，，，，经济效益相比古板铸锻工艺生产的产品越发显著，，，，，尤其是重大构件和大尺寸构件。。。。。。。。德国 Krupp 公司最初接纳陶瓷包套，，，，，生产了薄壁变曲面的钛合金叶轮。。。。。。。。法国 Ariane 空间火箭上的Vinci发念头接纳粉末冶金制造的液氢叶轮，，，，，不但降低了发念头质量，，，，，提高了推进比，，，，，并且延伸了发念头的服役时间[44]。。。。。。。。法国赛峰的飞机发念头配套公司，，，，，为了降低铸造和五轴机床的本钱并优化加工效率 ，，，，，开发了 ISOPREC?粉末钛热等静压手艺 ，，，，，研制了用于液氢涡轮泵的低温钛合金叶轮 ，，，，，可以在-253 ℃和550 m/s的低温、高速情形下稳固运行[45]。。。。。。。。

我国在钛合金热等静压粉末冶金领域起步较晚，，，，，但随着航空航天和军事领域的迫切需求，，，，，北京航空质料研究院、航天质料及工艺研究所、中科院金属所、华中科技大学等科研院校近几年在粉末冶金热等静压领域取得了大宗的效果。。。。。。。。

北京航空质料研究院最早致力于发念头零部件粉末冶金近净成形的研究，，，，，使用热等静压装备对高温合金、钛合金粉末冶金涡轮举行整体成形，，，，，产品力学性能与同质锻件相当，，，，，抵达外洋先进水平[46]。。。。。。。。

为了实现叶盘和叶片质料的最佳组合，，，，，接纳固态相连手艺制备双合金，，，，，使用热等静压工艺制备粉末高温合金盘件部位，，，，，并与铸造合金的叶片部位毗连起来，，，，，抵达了降低质量、提高推进比，，，，，提高涡轮使用的温度并延伸寿命的作用。。。。。。。。航天质料及工艺研究院是海内最早开展钛合金粉末冶金热等静压工艺的研究院所之一，，，，，产品笼罩航空、航天、航海多个领域，，，，，并在多个型号上实现批量生产，，，，，研制产品的牌号包括 TC4、TC11、TA7、TA15，，，，，研究的主要偏向有筒形舱体、舵翼骨架件和重大薄壁异形曲面部件，，，，，力学性能抵达锻件要求 ，，，，，尺寸精度优于 0.2 mm。。。。。。。。

其中粉末冶金构件 TA15 翼骨架的最大尺寸达 2200 mm[30]。。。。。。。。中科院金属质料研究所钛合金研究部主要从事高强钛合金和高温、低温钛合金的研究，，，，，接纳热等静压要领制备 Ti-5Al-2.5SnELI 粉末冶金氢泵叶轮，，，，，尺寸精度、综协力学性能优异，，，，，乐成完成了长征5号火箭发念头的发射使命。。。。。。。。粉末冶金制备的 Ti55 合金薄壁异形筒体和 Ti2AlNb 重大环形件，，，，， 具有因素匀称和尺寸精度高，，，，，重大曲面直接成形，，，，，综协力学性能优异等特点[38]。。。。。。。；；；；；；；；锌萍即笱е柿铣尚斡肽＞呤忠展抑氐闶笛槭矣肱分薜母咝：推笠嫡隹毡橄嘀，，，，，使用其在盘算模拟仿真近净成形上的优势，，，，，一直优化包套设计，，，，，研究粉末质料在高温高压耦相助用下的致密化及组织演变纪律，，，，，多约束条件下零件致密化历程的转变纪律，，，，，在钛合金整体叶盘、涡轮和机匣件的模拟和成形上取得的突破，，，，，乐成制备了航空航天发动神秘害部件，，，，，其力学性能与锻件相当，，，，，且零部件精度较高[23,47]。。。。。。。。

6、结语与展望

粉末冶金热等静压手艺因质料使用率高、综协力学性能靠近锻件产品、对形状重大的构件近净成形度高、产品生产周期短等特点，，，，，普遍应用于航空航天领域，，，，，可是小批量的钛合金粉末冶金热等静压工艺本钱较高，，，，，在重大构件包套设计制造、热等静压装备的使用和高纯制粉上的支出严重限制其在民品市场的大规模应用。。。。。。。。盘算机有限元模拟与仿真手艺的泛起已经降低了包套设计的手艺门槛，，，，，但相关软件怎样与现实生产相团结，，，，，进一步降低本钱还值得深入研究。。。。。。。。粉末冶金致密化机理和模子的研究还不敷深入等问题都是下一部研究的重点，，，，，钛合金粉末冶金热等静压手艺的生长仍然任重道远。。。。。。。。

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