施加 360 MPa 至 600 MPa 之间的压力至关重要，因为仅靠热量不足以完全致密化钛粉末。虽然热能使材料进入塑性状态，但这个特定的压力范围提供了克服颗粒间流动阻力所需的机械力。这确保了内部空隙被强制闭合，从而形成具有接近理论密度的实心块。
实验室压力机在热固结过程中核心功能不仅是塑造材料，而是消除微观孔隙率。通过对塑化钛施加高压，压力机将残余孔隙率降低到 1.5% 以下，从而弥合了松散粉末和结构级金属之间的差距。
热固结的力学原理
克服内部阻力
即使加热到塑性状态，钛粉末仍然具有显著的内部摩擦和结构阻力。
实验室压力机必须施加强大的轴向压力来克服这种阻力。没有这种机械力，颗粒只会相邻放置，而不是熔融成一个内聚的整体。
闭合微观孔隙
粉末冶金材料强度最主要的敌人是孔隙率。
高压迫使材料流入并填充颗粒之间的微观间隙。这种作用对于闭合仅靠热膨胀无法消除的内部孔隙至关重要。
实现理论密度
该过程的最终目标是制造出性能与实心铸造钛相同的材料。
通过将压力维持在这个高范围内，该过程将最终压坯的残余孔隙率降低到 1.0% 至 1.5% 以下。这使得钛块的密度非常接近其理论最大密度。
“塑性状态”的作用
为什么仅靠热量不够
有人可能会认为加热粉末足以将其熔化成固体，但这在压力辅助固结中是一种误解。
钛粉末，特别是预合金粉末，具有高硬度和抗变形性。热量软化材料使其具有延展性（塑性），但它不能提供粘合所需的压缩力。
机械力的必要性
实验室压力机充当致密化的外部驱动器。
一旦粉末处于塑性状态，压力机就会施加必要的 360-600 MPa 压力，迫使现在易于变形的颗粒重新排列和变形。热软化和机械压缩的这种结合是实现致密、统一结构唯一的方法。
理解权衡
设备能力与材料需求
实现这些压力需要坚固、高吨位的实验室液压机。
标准的压制技术通常无法使钛致密化，因为它们无法维持重排硬粉末颗粒所需的极端压力。使用功率不足的设备将导致“生坯”具有较低的相对密度和受损的结构完整性。
精密的成本
产生高达 600 MPa 的压力（冷态操作可能更高）需要精密模具和重型液压系统。
虽然这增加了操作的复杂性，但这是必要的权衡。未能达到所需的压力阈值会导致零件孔隙率高，从而削弱最终钛部件的机械性能。
为您的目标做出正确选择
为确保钛粉末的成功固结，请使您的设备能力与您的材料要求保持一致：
- 如果您的主要关注点是结构完整性：优先选择能够维持压力范围上限的压力机，以确保残余孔隙率保持在 1.0% 以下。
- 如果您的主要关注点是设备选择：确保您的液压机额定吨位高，因为克服钛的变形阻力需要远超标准压实极限的力。
钛固结的成功在于热塑性和极端机械压力的精确平衡。
摘要表：
| 特征 | 要求 | 对钛的影响 |
|---|---|---|
| 压力范围 | 360 MPa 至 600 MPa | 克服颗粒间的流动阻力 |
| 材料状态 | 塑性/热软化 | 提高延展性以改善变形 |
| 孔隙率目标 | 1.0% - 1.5% 以下 | 确保结构级金属性能 |
| 密度目标 | 接近理论 | 复制实心铸造钛的性能 |
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参考文献
- Г. А. Прибытков, В. П. Кривопалов. Hot Consolidation of Titanium Powders. DOI: 10.3390/powders2020029
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
