(相关资料图)

纯钛的烧结性能 将纯钛生坯在真空度 1×10-2 Pa、温度 1200℃的条件下保温 1.5 h、 2.0 h 及 2.5 h 后制得烧结坯。图 5-1 所示为纯钛烧结密度与冲击能量及烧结保温时间的关系。烧结保温时间相同时，随着冲击能量增加，烧结密度提高；冲击能量相同时，烧结保温时间延长，试样的烧结密度亦会进一步提高。在冲击能量为 1805 J 且烧结保温 2.5 h 时， 试样具有最大烧结密度为 4.50 g/cm3，相对致密度为 99.8%。纯钛的烧结属于单元系烧结，其主要机理是流动扩散，主要受到烧结温度和烧结保温时间的影响。烧结过程中，纯钛试样内部发生了烧结颈的长大及孔隙的球化，烧结坯的体积收缩，密度增加。比较图 3-2 与5-1 发现， 纯钛的烧结密度受到生坯密度直接影响，生坯密度越高，试样烧结密度越高。

纯钛试样的烧结尺寸收缩率与冲击能量及烧结保温时间的关系如图 5-2 所示。试样的径向烧结收缩率随冲击能量的增加而减小。冲击能量相同时，烧结保温时间与纯钛径向烧结收缩率间无明显规律。孔隙率高的试样在烧结过程中径向尺寸收缩明显， 而冲击能量高的试样生坯密度高，其孔隙率低，烧结后的径向尺寸收缩率较小。由于纯钛的生坯密度及残余内应力分布不均匀，试样的轴向烧结尺寸变化与冲击能量及烧结保温时间之间无明显规律。

纯钛显微组织 图 5-3 所示的是烧结保温 2.0 h 试样的显微组织。由图可见， 冲击能量为 869 J 的试样内的孔隙发生了球化， 大孔隙基本已消失。冲击能量增至 1805 J 时，纯钛烧结坯的孔隙明显减少，密度增加。这说明提高冲击能量有利于提高纯钛试样的烧结密度。

图 5-3 烧结 2.0 h 烧结试样的微观组织：(a) E=869 J; (b) E=1805 J

纯钛烧结坯的显微硬度随冲击能量及烧结保温时间的变化见图 5-4。由图可知，随着冲击能量增加及烧结保温时间延长， 纯钛的显微硬度增加。冲击能量为 1805 J 且保温2.5 h 后，试样获得最高维氏硬度为 298 HV0.30。

图 5-5 所示为冲击能量及烧结保温时间对纯钛抗拉强度的影响。从图中可见，烧结保温时间相同时，随着冲击能量增加， 纯钛抗拉强度增大。这是因为提高冲击能量使试样孔隙率减小， 降低了裂纹产生的几率并增加了试样承载的有效面积，从而提高了抗拉强度。另外， 提高冲击能量有助于加强钛颗粒间的结合强度， 缩短固相扩散距离，使烧结时固相扩散更容易发生， 从而获得较高的抗拉强度。冲击能量为 1805 J 且烧结保温时间为 1.5 h 的条件下， 纯钛的抗拉强度最高达 638 MPa。当冲击能量为 869 J 时，烧结保温 1.5 h 的试样抗拉强度为 540 MPa，保温 2.0 h 的试样抗拉强度增加到 598 MPa，保温 2.5 h 的试样抗拉强度减小到 499 MPa。这是因为烧结保温 1.5 h 时，试样固相扩散未完全进行，导致其抗拉强度低于烧结保温 2.0 h 的样品，烧结保温 2.5 h 的试样由于烧结时间过长导致晶粒长大， 导致抗拉强度降低。在冲击能量为 1805 J 时，试样抗拉强度随烧结保温时间的延长略有下降。这是因为冲击能量高的试样烧结保温 1.5 h 后具有较高的抗拉强度，随着烧结保温时间的延长，晶粒发生长大反而导致抗拉强度降低。冲击能量为 869 J 和 1805 J 时， 烧结保温时间对抗拉强度的影响不同。这是因为冲击能量低的试样孔隙率高，固相扩散距离增加，需要的扩散时间延长， 存在的孔隙有效阻碍了钛合金中晶粒的再结晶长大， 使晶粒长大需要更长时间。

图 5-6 所示是冲击能量与烧结保温时间不同的纯钛的拉伸断口形貌。从图中可见，断面有大量河流花样及解理面， 纯钛的断裂属于解理断裂。图 5-6（b） 及 5-6（d） 中冲击能量高的试样的孔隙率远低于图 5-6（a） 及 5-6（c）， 烧结保温时间相同时，冲击能量高的试样的孔隙率明显减少，孔隙形状以圆形为主。在外力作用下，位错易塞集于孔隙尖端处造成应力集中成为裂纹源， 所以提高冲击能量减小孔隙率， 有利于提高试样的抗拉强度。

图 5-6 试样的拉伸断口形貌：(a) 869 J, 1.5 h; (b) 1805 J, 1.5 h; (c) 869 J, 2.5 h; (d) 1805 J, 2.5 h

（2）在冲击能量为1805 J且烧结保温2.5 h时，纯钛具有最大烧结密度为4.50 g/cm3，相对密度达99.8%，且有最大显微硬度为298 HV0.30。在1805 J冲击能量作用且烧结保温1.5 h的条件下，烧结坯抗拉强度最大为638 MPa。