高吨位液压机对于预合金钛是必不可少的，因为这种特殊的粉末类型具有极高的硬度和固有的抗变形能力。与较软的元素钛粉末不同，预合金颗粒需要极大的机械力——通常超过965 MPa——才能被物理压缩成固体形状。没有这种高压环境，颗粒将无法发生形成粘结、结构牢固的“生坯”压坯所必需的塑性变形。
核心见解 预合金钛粉末比纯钛或海绵粉末要硬得多。虽然标准压力可以成型较软的粉末，但它们无法使预合金材料致密化。需要高吨位来迫使这些坚硬的颗粒屈服、相互啮合并进行机械键合，确保零件在烧结前不会碎裂。
克服硬度的力学原理
预合金粉末的抗性
预合金钛粉末是为高性能而设计的，但这导致了高颗粒硬度。 它们具有显著的抗变形能力，这是标准压制技术无法克服的。 虽然较软的氢化物-脱氢（HDH）钛粉末可以在400 MPa下致密化，但预合金变体在较低压力下会抵抗压实。
诱导塑性变形
要制造实心零件，您必须将材料推过其屈服点。 高吨位压机提供巨大的轴向压力，以迫使这些坚硬的颗粒永久变形。 这种“塑性变形”会压平颗粒之间的接触点，从而实现实心块所需的机械互锁。
成功的阈值
研究表明，预合金系统通常需要超过965 MPa的压力。 在某些涉及混合粉末或细磨的极端情况下，压力可能高达1.6 GPa。 低于此压力阈值会导致压坯密度不足，在处理或烧结过程中可能会失效。
实现生坯强度和密度
颗粒重排
在变形发生之前，压机迫使松散的颗粒相互滑动以填充空隙。 高压加速了这种重排，将细小颗粒推入较大颗粒之间的空腔。 这在颗粒开始变形之前就最大化了初始堆积密度。
创建“生坯”键合
压机的直接目标是创建一个“生坯压坯”——一个在加热前能保持形状的零件。 高压确保了该压坯的相对密度最大化，在优化的设置下可能达到94%至97.5%。 这种高初始密度为后续的压辅助固结提供了所需的结构基础。
减少孔隙率
坚固钛零件的最终敌人是残余孔隙率。 通过施加足够的吨位，压机可以闭合内部孔隙并建立原子扩散的紧密接触点。 这显著减少了后续烧结阶段的收缩，提高了尺寸精度。
理解权衡
密度梯度风险
虽然高单轴压力是必需的，但它会在模具壁之间产生内部摩擦。 这可能导致“密度梯度”，即零件的边缘比中心更致密。 这种各向异性可能导致烧结过程中的翘曲或不均匀收缩。
工具磨损
产生超过1 GPa的压力会对模具和模具材料施加巨大的应力。 需要精密模具来承受这些力而不发生膨胀或失效。 与压制较软的金属粉末相比，操作员必须考虑到更高的维护周期和工具磨损。
为您的目标做出正确选择
要选择正确的压制策略，您必须将您的设备能力与您的特定粉末类型和密度目标相匹配。
- 如果您的主要重点是预合金钛：您必须使用能够提供>965 MPa的压机，以克服颗粒硬度并实现必要的塑性变形。
- 如果您的主要重点是HDH或纯钛：您可以使用中等压力（300–700 MPa），因为这些较软的粉末更容易变形和致密化。
- 如果您的主要重点是均匀的内部结构：您应该考虑等静压，以消除高吨位单轴压制中由模具摩擦引起的密度梯度。
高吨位不仅仅是力量；它是将坚硬、抗拒的粉末转化为可行工程组件所需的必要能量。
总结表：
| 粉末类型 | 典型硬度 | 所需压制力 | 变形难易度 | 最佳应用 |
|---|---|---|---|---|
| 纯/HDH钛 | 较低 | 300 – 700 MPa | 高（易变形） | 标准零件 |
| 预合金钛 | 非常高 | 965 MPa – 1.6 GPa | 低（抗拒变形） | 高性能零件 |
| 海绵粉末 | 中等 | 400 – 600 MPa | 中等 | 经济高效的压坯 |
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参考文献
- Zhigang Zak Fang, Michael L. Free. Powder metallurgy of titanium – past, present, and future. DOI: 10.1080/09506608.2017.1366003
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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