高压实验室液压机对钛粉压实的主要贡献在于施加极高的轴向压力——通常高达 1.6 GPa——以强制材料结构发生显著的物理变化。这种巨大的力不仅需要将颗粒挤得更近，还需要引起显著的塑性变形，将细磨的颗粒推入海绵钛颗粒内部的孔隙中，从而形成致密的、粘结在一起的固体。
核心要点：钛粉——尤其是预合金粉末——具有很高的硬度和抗变形能力。高压压机能够克服其屈服强度，使材料从松散的颗粒转变为高密度的“生坯”（相对密度高达 97.5%），为成功烧结奠定必要的结构基础。
致密化的力学原理
诱导塑性变形
仅仅重新排列颗粒不足以处理钛；金属颗粒必须发生物理变形才能消除空隙。
高压压机提供高达 1.6 GPa 的巨大力，以超过钛的屈服强度。这会导致金属颗粒扁平化和重塑，从而显著减小粉末质量的体积。
优化颗粒堆积
高压在混合不同尺寸的颗粒方面起着至关重要的作用。
它将细磨的颗粒推入海绵钛颗粒的深腔和内部孔隙中。这种机械互锁是实现高相对密度（通常为 94% 至 97.5%）生坯的主要驱动力。
闭合内部孔隙
压实阶段的最终目标是在热处理前最大限度地减少孔隙率。
通过克服颗粒之间的流动阻力，液压机能够闭合内部间隙。这确保了最终压坯的残余孔隙率大大降低，使零件接近其理论密度极限。
克服材料阻力
处理预合金的硬度
纯钛（如 HDH 粉末）相对可塑，通常需要约 400 MPa 才能达到中等密度。
然而，预合金钛粉的硬度要高得多，并且抗变形能力强。为了加工这些材料，压机必须施加超过 965 MPa 的压力，以迫使硬质颗粒重新排列和互锁，这是标准压机无法实现的。
制造“生坯”
压机将松散的粉末转化为“生坯”——一种能够保持形状但尚未烧结的固体。
这一步骤依赖于机械力在颗粒之间产生冷焊和互锁连接。在此阶段没有足够的压力，生坯将缺乏承受搬运的强度，并且在烧结过程中很可能出现收缩不均。
理解权衡
设备能力与材料要求
虽然更高的压力通常会导致更高的密度，但存在边际效益递减。
施加压力需要微妙的平衡；您必须超过材料的屈服强度才能获得密度，同时又要避免损坏精密模具或由于滞留空气或弹性回弹而在压坯中引起压力裂纹。
均匀性与速度
高速压制可能导致密度梯度，即零件外部致密而中心仍然多孔。
精密电子压机允许控制冲头速度（例如，0.1 毫米/秒），以确保压力均匀分布。这种均匀性对于微小零件或复杂几何形状至关重要，但与快速、不太精确的压实相比，它会增加循环时间。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高压实阶段的效率，请将压机能力与您的特定粉末冶金目标相结合：
- 如果您的主要关注点是最大密度：优先选择能够施加高达 1.6 GPa 压力的压机，以将细小颗粒推入海绵钛的孔隙中。
- 如果您的主要关注点是加工硬质合金：确保您的设备能够持续提供超过 965 MPa 的压力，以克服预合金粉末的高屈服强度。
- 如果您的主要关注点是微小零件的一致性：使用具有可控冲头速度的精密电子压机，以消除内部密度梯度。
钛粉压实成功的关键在于能够施加足够的力，将具有抵抗性的粉末转化为近乎固体的质量，同时又不损害结构均匀性。
总结表：
| 压实指标 | 要求 / 结果 | 关键机制 |
|---|---|---|
| 最大轴向压力 | 高达 1.6 GPa | 克服材料屈服强度 |
| 相对密度 | 94% - 97.5% | 塑性变形与颗粒互锁 |
| 合金压力 | > 965 MPa | 处理预合金变体的硬度高 |
| 冲头速度 | ~0.1 毫米/秒 | 确保密度均匀并消除梯度 |
| 最终状态 | 生坯 | 金属颗粒的机械冷焊 |
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参考文献
- Tamás Mikó, Zoltán Gácsi. A Novel Process to Produce Ti Parts from Powder Metallurgy with Advanced Properties for Aeronautical Applications. DOI: 10.3390/aerospace10040332
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
