为什么使用实验室液压机对 Ti-5553 合金进行热压？实现 83% 的压坯密度

实验室液压机是加工粉末冶金 (PM) Ti-5553 合金的关键工具，因为它能在约 250 °C 的受控温度下施加高轴向力。热量和压力的这种特定组合在模具内物理地重新排列松散的粉末颗粒，将它们紧密地结合在一起，形成一个坚固的圆柱形“压坯”，能够承受进一步的处理。

核心见解：液压机并非制造最终金属产品；而是创造一个稳定的中间状态。通过实现约 83% 的初始相对密度，该过程可以去除多余的空气，并建立足够的机械强度，以防止压坯在进行最终快速固结之前散架。

热压的力学原理

实验室液压机通过对 Ti-5553 粉末施加巨大的单轴载荷来工作。同时，系统将温度维持在250 °C。这种“温和”的环境——与高温烧结不同——有助于颗粒的物理重排。

在这种特定的压力和温度下，粉末颗粒被迫相互滑动并联锁。液压机克服了颗粒的自然阻力，最大限度地减少了松散粉末中存在的内部间隙。

该过程确保了粉末颗粒之间的紧密结合。通过将颗粒强制紧密接触，压机增加了接触面积，这对于材料一旦从模具中取出后保持为一个整体至关重要。

该过程的产物是“压坯”。该术语指的是尚未完全烧结的压缩部件。液压机确保该压坯达到约 83% 的相对密度。该密度是赋予圆柱体“压坯强度”的阈值——即从模具中弹出并处理而不破裂所需的机械完整性。

在此背景下，液压机的最关键功能之一是排气。松散粉末含有大量的滞留空气。通过将材料压缩到 83% 的密度，压机将这些多余的空气挤出。如果在后续的高速固结过程中留下这些空气，将导致内部缺陷或结构失效。

压机利用模具生产具有特定固定几何形状（通常是圆柱形）的压坯。这种标准化对于确保制造后期的一致结果至关重要。

至关重要的是要理解，液压机产生的压坯并非完全致密。在 83% 的密度下，与最终产品（高温烧结后可能达到 98% 的密度）相比，材料仍然是多孔的。热压步骤纯粹是准备性的。

由于力通常沿单个轴（轴向力）施加，如果圆柱体的长径比过高，则可能存在密度分布不均的风险。粉末与模具壁之间的摩擦有时会导致压坯中心比端部密度稍低。

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总结：实验室液压机充当松散粉末与固体金属之间的桥梁，创造了高性能钛合金生产所必需的稳定、除气的基材。

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Qinyang Zhao, L. Bolzoni. Comparison of the Cracking Behavior of Powder Metallurgy and Ingot Metallurgy Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr Alloys during Hot Deformation. DOI: 10.3390/ma12030457

本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .