实验室液压机在钛粉冶金中的主要作用是将松散的粉末机械压实成称为“绿色实体”的固体、几何定义的结构。
通过施加精确的单轴压力——对于氢化物-脱氢（HDH）纯钛，通常约为 400 MPa——压机迫使颗粒重新排列并发生塑性变形。这种压实产生了一个具有约理论密度 77% 的内聚固体，为后续的烧结提供了必要的结构基础。
核心要点 液压机是连接松散原材料和烧结部件的桥梁。它不仅仅是塑造钛材，而是建立了部件在处理过程中以及在热处理过程中实现完全致密化所必需的绿色强度和初始密度。
压实机制
单轴压力与颗粒相互作用
压机的基本功能是沿一个方向（单轴）施加力。这种压力克服了钛颗粒之间的摩擦，迫使它们相互滑动并紧密堆积。
塑性变形
一旦颗粒通过移动尽可能紧密地堆积，更高的压力就会引起塑性变形。压机迫使单个钛颗粒改变形状，与相邻颗粒相互咬合，形成机械结合。
建立绿色实体
这个过程的结果是形成“绿色实体”或“绿色压坯”。这种压实的块体在没有粘合剂或加热的情况下保持其形状，完全依赖于在压制循环中实现的机械咬合。
根据粉末特性调整压力
标准氢化物-脱氢（HDH）钛
对于标准 HDH 纯钛粉末，压机通常在中等压力下运行，例如400 MPa。在此水平下，压机可产生约77% 相对密度的绿色压坯，这足以满足标准的烧结工艺。
预合金粉末和硬质粉末
预合金钛粉末具有显著更高的硬度和抗变形能力。为了压实这些材料，实验室压机必须提供极高的压力，通常超过965 MPa。
混合粉末中最大化密度
当高密度是首要目标时，会使用高压液压机（高达1.6 GPa）。这种极大的力将细小颗粒推入较大的海绵钛颗粒之间的微观孔隙中，可能实现94% 至 97.5%的绿色密度。
“绿色强度”的关键作用
转移过程中的结构完整性
初始成型过程的主要目标是确保部件在移动时不会碎裂。压机将粉末压实成圆盘或块体，使其足够坚固，可以从模具中弹出并转移到烧结或等静压设备。
促进致密化
压机最大限度地减少了烧结阶段所需的工作量。通过减少内部孔隙并建立颗粒之间的紧密接触，压机为加热阶段的原子扩散创造了更短的路径，从而确保了最终产品的密度更高。
理解权衡
压力与材料阻力
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。较硬的粉末抗流动性强，在未实现塑性流动的情况下施加过大压力可能会损坏工具或导致部件内部密度不均。
单轴压制的局限性
单轴压制对于圆盘或块体等简单形状非常有效。然而，粉末与模具壁之间的摩擦可能导致密度分布不均，尤其是在较高的部件中，这可能需要后续的加工步骤来纠正。
为您的目标做出正确选择
为了优化钛粉的初始成型，请考虑您的具体材料和密度目标：
- 如果您的主要重点是标准 HDH 钛：使用能够稳定提供400 MPa压力的压机，以获得适合一般烧结的基准 77% 密度。
- 如果您的主要重点是预合金或硬质合金：确保您的压机额定压力足够高（>965 MPa），以克服材料的屈服强度并诱导必要的塑性变形。
- 如果您的主要重点是最大绿色密度：采用极高的压力（高达 1.6 GPa）和混合粒径，以在材料进入炉子之前最大限度地减少孔隙率。
实验室液压机通过建立绿色实体的密度和结构完整性，决定了最终钛部件的潜力。
总结表：
| 粉末类型 | 施加压力 | 所得绿色密度 | 用途 |
|---|---|---|---|
| 标准 HDH 纯钛 | ~400 MPa | ~77% | 一般烧结基础 |
| 预合金/硬质粉末 | >965 MPa | 可变 | 克服高屈服强度 |
| 高密度混合粉末 | 高达 1.6 GPa | 94% - 97.5% | 烧结前最小化孔隙率 |
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参考文献
- Changzhou Yu, Mark I. Jones. Titanium Powder Sintering in a Graphite Furnace and Mechanical Properties of Sintered Parts. DOI: 10.3390/met7020067
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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