鈦擁有高強度質(zhì)量比、高溫下的高強度、耐腐蝕和熱穩(wěn)定性等一系列優(yōu)越性能而廣受關(guān)注,不過,鈦和鈦合金的傳統(tǒng)用途主要集中在航空航天與航海工業(yè)領(lǐng)域。民用鈦材的制約因素主要在產(chǎn)品成本。鈦的粉末冶金是一種完全不同于其他技術(shù)的鈦零部件生產(chǎn)方法,粉末冶金生產(chǎn)零部件,用的是粉末而不是海綿鈦;粉末冶金可以限制與傳統(tǒng)鈦生產(chǎn)相關(guān)的浪費,不需要真空電弧重熔、電子束熔煉或等離子弧熔煉;粉末可以直接形成任何形狀或軋制成品,減少制造一個零部件所需的原材料,產(chǎn)出更高。這一工藝也可以生產(chǎn)近凈形零部件,減少傳統(tǒng)零部件生產(chǎn)中通常伴隨的浪費,工藝步驟少,提高了產(chǎn)出。不過,粉末冶金也存在一些有待改進的問題,其中最主要的是污染控制問題,任何污染都將使金屬不能適用于高精密零部件。航空領(lǐng)域的高結(jié)構(gòu)標準使得粉末冶金鈦合金出現(xiàn)在航空市場面臨重重困難,但它完全可以應用于結(jié)構(gòu)要求沒有那么嚴格的民用領(lǐng)域。其中,最有可能大規(guī)模應用的行業(yè)就是汽車行業(yè)。汽車市場很龐大,一旦鈦材在汽車行業(yè)的應用得到推廣,其用鈦量將遠遠超過目前的航空、航天市場。
鈦合金的氫技術(shù)以材料本身為出發(fā)點,通過改善材料微觀組織結(jié)構(gòu)的方法,顯著降低了鈦合金的超塑性變形溫度,提高了變形速率,明顯地提高了生產(chǎn)效率。而且該技術(shù)工藝簡單,成本較低,它的成功應用將為鈦合金超塑性成形技術(shù)成為一種經(jīng)濟、實用的加工技術(shù)創(chuàng)造有利條件,同時也將攻克制約鈦合金擴大應用的瓶頸,大幅度地降低鈦合金零件的制造成本,提高零件的使用性能,為鈦合金的廣泛應用提供堅實的基礎(chǔ)。
在制備鈦合金超細晶增強超塑性性能的工藝中,氫不但在熱加工過程中起到了軟化鈦合金的作用,而且對微觀組織、相成分、協(xié)助塑性變形和形成超細晶組織都發(fā)揮了積極的作用。在此工藝中,氫主要有以下幾方面的作用:
(1)氫對鈦合金的軟化作用,降低流動應力,利于進行塑性變形。
(2)從B相溫度范圍內(nèi)快冷過程中,獲得具有均勻的高密度位錯的針狀馬氏體,有利于氫化物的形核。
(3)氫的加入降低了鈦合金的相轉(zhuǎn)變溫度,使鈦合金熱加工的溫度低至形成位錯胞結(jié)構(gòu),利于沉淀相彌散分布。
(4)通過氫的溶解,形成高密度位錯區(qū)域,為再結(jié)晶提供形核的場所。
(5)真空退火過程中發(fā)生等相變,氫化物發(fā)生分解,A相發(fā)生再結(jié)晶,最終形成細小、等軸的兩相組織。
當然,超細晶鈦合金晶粒尺寸的控制不僅與氫的作用有關(guān),還與塑性變形的工藝參數(shù)有關(guān),尤其是變形溫度和變形量對晶粒尺寸的影響很大,在此不予細述。