钛粉末冶金技术，开始于本世纪50年代初期，但到70年代才有明显的突破。此后，世界各发达国家都投入了较大的力量，研究此项技术，开发它的冶金产品，使其在许多工业领域获得了较为广泛的应用。近年来，钛产品在航空领域上，除高温性能结构件之外，正往高温钛合金发展；在非航空领域，钛产品的需求也在不断增加。日本Kobo钢公司专家预计[1]世纪末，西方工业市场钛在非航空工业上的应用，将由目前钛加工产品产量占三分之一提高到至少占二分之一。

与钛的铸造冶金相似，在钛粉末冶金应用的发展中，各国根据其需求各有其侧重。美国多用于军事和航空工程，西欧各工业国家（主要是德国、英国和法国），致力于发展航空和部分民用钛粉末冶金产品，特别是航空结构件方面的技术和产品较多。日本已在大力开发钛的民用产品，尤其是海洋、化工、能源等方面的钛粉末冶金产品。俄罗斯在石油、化工、冶金诸领域的钛粉末冶金产品的应用也表现出了较高的水平。

在工业中普遍使用的结构钛合金有[2]: 工业纯钛，Ti-6 Al-4 V，Ti-5 Al- 25 Sn,Ti-6 Al-6 V-2 Sn- (CuFe),Ti-8 Al-l Mo-l V。粉末冶金钛结构合金常根据实际需要采用与其相似的合金，而应用较多的则是Ti-6 Al-4 V。现就粉末冶金钛结构合金产品的国外现状以及应用情况介绍并分析如下。

1．航空用粉末冶金钛结构合金产品

1.1航空用产品

早在1956年，美国通厨电器公司采用热压海绵钛粉的方法，生产出大量的GET73涡轮喷气发动机轴承座，随后仅通过精整性的机械加工而成最终产品，其成本与用锻造棒料经机械加工成同样的制品比较降低了25%～30% [3]。当时，在美国飞机制造工业中采用了热压Ti-6 Al-4 V合金粉末制造铆钉、C-5 A运输机的闭锁环和TF39发动机的压缩机叶片，用非合金化的粉末制成了圆盘和阀座 [3]。

美国Dynamet公司用Ti-6 Al-4 V合金粉末预成形毛坯，锻造成燃气轮叶片。美国核材料及设备公司采用预成形毛坯一锻造—精制工艺制造了燃气涡轮发动机的导叶和吊货环[4]。美国格鲁曼宇航公司在一项耗资200万美元的海军计中，用陶瓷模热等静压方法生产F-14战斗机的内支撑杆（0.77kg）和发动机短舱骨架（23.85kg），材料的利用率由15%～30%提高到50%～60%，有的甚至高达90%，成本降低25%～37%。据称，该F-14飞机用热等静压（HIP）Ti-6 Al-4 V粉末制成的机身支柱，其成本由锻件制作的每件400美元降至245美元。

德国MBB公司用预合金粉末（PA）Ti-6 Al-4 V热等静压后锻造，生产直升飞机叶片连杆接头和空中公共汽车的连接臂，材料节省40%，仅采用HIP工艺就是成本降低25%，进一步选择最佳工艺还可使成本减少至34%[5、6]。

1.2 航空用产品经济效益评价

一般而言，对于大型复杂部件，用粉末冶金制造比用铸造法生产具有更大的吸引力[7]。据分析，按构件的大小和复杂程度，粉末冶金法可降低成本20%～50%。

德国Kruup公司研究所的Grene H.[8]用Ti-6Al-4V和Ti-10V-2Fe-3Al预合金粉和陶瓷模热等静压法生产了机械性能与铸造合金相当的复杂形状的叶轮，而其成本则降低了40%，其成本构成主要分布在锻造和机加工工序上。因此，如果对形状复杂构件采用更加接近的净成型技术，其经济效益更为明显。

美国坩埚材料公司生产F-18战斗机引擎固定支撑架，形状相对简单，成本的高低主要取决于粉末成本和生产规模[7]。规模生产时该构件成本为常规方法的三分之一。很明显，采用粉末冶金法生产大型复杂构件可与常规工艺竞争，决定生产成本的主要因素是粉末成本、生产规模以及真正的接近净成形。

1.3 航空用产品发展中的问题

在复杂结构的粉末冶金钛合金航空结构件的生产中，对于非疲劳应用部件采用BE法可满足性能要求，并可以大大降低成本；至于采用PA法生产的部件，其性能（尤其是疲劳性能）已可与铸造法生产的产品相比；对于复杂的大型部件其生产成本也较低，但其在航空领域中的应用却较少，其进展之缓慢令人难于理解。Froes F.H 认为其原因在于航空工业固有的保守性。因此，要想开拓PA产品的应用，一方面必须坚持产品的低成本，另一方面应使产品设计达到用户所需的水平。同时还应加大生产规模，采用更加接近净成型的技术生产复杂构件，并采用化学表面处理提高表面性能，或应用喷丸处理来提高构件的疲劳性能。

2汽车用粉末冶金钛结构合金产品

2.1 汽车用钛部件

钛的轻质、高强早已为汽车制造商所注目。钛在赛车上的应用已有20余年历史，目前赛车几乎都是用了钛材，一部分体育用车也采用了各种钛部件。在赛车发动机上使用钛材，可减轻运转部件的重量，提高其加速性能。在美国，已生产出用于赛车的钛制排气阀、阀护圈和连杆等部件并已在市场上出售。日本最初使用钛材的汽车是“日产”R382型。目前，汽车用钛部件主要包括[9]：

(1) 阀。在美国，用钛合金做进、排气阀的专业厂家较为普遍。进气阀使用Ti-6Al-4V合金，排气阀使用Ti-6Al-2Sn-4Zn-2Mo合金。用钛合金制作的进气阀重55g，比钢制阀的重量减轻了35g，而高速性能提高10%～15%。1个钛排气阀较钢阀可减轻50g,而且可靠性高，寿命提高2～3倍。此外，据报道，采用钛合金作进排气阀还可节省燃油2%[1]。现在这些阀已用于汽车的各类发动机上。

(2) 阀挡板。用Ti- 6A1-4V合金制造的阀挡板广泛用于赛车和体育用车中，年产量高达25万件以上，且价格便宜，它不需要作表面处理（汽车用钛材一般须采用特殊的表面硬化处理，以解决钛易粘接的问题），同时较钢阀轻10～12 g。日本则用Ti- 5A1 -2Cr-Fe合金制造阀挡板。

(3) 连杆。用钛合金制造连杆对减轻发动机重量最有效。Groth K．[10]通过对钢制连杆的计算表明：用钛合金取代时，由于重量的减轻，使性能提高43%；若考虑最大负荷应用部分而需部分强化，其性能也可提高27%。即使再考虑钛合金低弹性系数需强化，性能仍可提高17%。连杆所用材料为Ti- 6A1- 4V，其它如Ti- 4A1- 4Mn0 - 2Si、Ti- 7AI- 4Mo等合金材料也在研制中。

(4) 曲轴及其它发动机部件。日本等国正在试制Ti- 5AI- 2Cr- Fe合金曲轴，这种曲轴需要进行防粘接处理，目前还未实用化。

其它发动机部件包括Ti- 6A1- 4V合金摇臂、阀簧和连杆的下螺栓等。

(5) 车体和其它部件。用Ti- 6AI- 4V管和法兰焊接在排气系统使用，可减轻重量35%～45%。在Prosche 908型车中，用纯钛管、板焊成全钛排气系统，重量减轻450 kg。此外，还有钛制螺栓、螺母等连接件和离合器圆盘、压力板等变速器零件。用旋转成型法制造的钛离合器外壳，与钢外壳相比，更易缓和飞轮的破坏冲击。

总之，通过采用轻质高强钛合金可以减少汽车发动机的噪音、冲击和振动，提高燃油效率。因此，在钛产品越来越趋向非航空市场时，它进入汽车行业有着重大的意义。美国难熔金属有限公司有报告指出：福特公司在1989年的车型中汽缸部件采用了钛合金制件；而日本三菱公司在1986年车型中已采用钛合金进、排气阀。日本YAMAHA发动机公司生产的超级负载型体育用车FZR 750R采用了钛合金连杆，产品小型且有良好的平衡重心装置，高速下可确保连续耐久使用，价格为每辆200万日元。日本三菱金属公司中央研究所利用Ti- 6AI- 2Sn - 42r - 2Mo合金废屑经铸造制作阀头，用Ti-6 Al-4V合金废屑制作阀杆，用摩擦焊连接，制作出汽车发动机的进、排气阀。

2.2汽车用粉末冶金钛结构合金部件

上述的汽车用钛合金结构件均为铸造或锻造产品。据报道，前苏联在70年代就将钛粉末冶金产品应用于汽车发动机，如在0.5 t的Zaporozhers - 969汽车上就成功地采用了粉末冶金连杆，并且预计每生产钛粉末热锻连杆10万个，可节省16 450卢布。日本在1975年就采用烧结钛作为车轮螺母和外罩等。

1987年美国Clevite公司用混合元素法( BE)生产出钛的阀簧保持杯和连杆。采用该公司MR-9专利方法生产的Ti- 6AI-4V合金的阀簧保持杯，经过冷压、真空烧结，完全满足机械性能要求（尤其是疲劳性能），重量由常规的锻钢件的28.5 g降低至粉末冶金件的8.5 g，抗拉强度和疲劳性能均超过规定值，重量减轻70%，材料利用率为100%，成本较之重7.8 g的铸钛件低，并通过了Honda汽车公司在Amsler疲劳试验中进行的10兆周期疲劳试验。Clevite公司用冷等静压、真空烧结Ti- 6A1- 4V合金粉末连杆坯，然后由Honda R&D有限公司按其设计进行机械加工和检验，结果表明：MR-9工艺生产的连杆具有良好的性能，抗

弯强度比相同截面钢连杆的极限强度(108MPa)高21%～43%，对连杆和表面抛光试样进行反复拉压，其持久强度分别为212MPa和254 MPa，材料利用率为80%，Honda公司估计最少可减轻33%的重量[11、12]。

2.3可能的发展

随着钛趋向于民用领域以及钛的特性带来汽车性能的显著改善，钛在汽车工业大规模生产中的应用有很大的潜力。汽车上至今尚未大量使用钛合金虽然有价格偏高的原因，但显然也存在着对它宣传不力和开发不足的原因。虽然采用钛减轻1kg重量会使成本上升600～800日元[9]，以至目前还难于在普通车上使用，但随着能源问题日趋严重，高燃油效率汽车已是普遍汽车制造商和顾客共同关心的问题。每1台车只要使用1kg钛部件，按目前汽车生产规模，钛的用量是相当可观的。显然，只要正确选择汽车中零件，对产品进行优化设计，采用可满足汽车使用性能而成本又较低的混合元素法粉末冶金技术，并合理组织规模生产，将有可能是钛合金结构材料在普通汽车中获得广泛的应用。

采用粉末冶金方法生产Ti3Al和TiAl金属间化合物基钛合金，可代替汽车发动机中耐热钢，减轻汽车的重量和提高燃油效率。它可能会比汽车用工程陶瓷更易于实用化。

3.其他应用

日本专家预测粉末冶金烧结钛在精密机械中有如下用途：摄影机零件（快门等），钟表零件（表壳），计测仪器、试验机部件，复印机、印刷机部件等；在电子工业中的用途有：磁带录像机导辊、磁头材料，通讯机械（振动膜材料），家用电器零件、轴承等。此外，在日用品、体育用品、工艺品、医疗机械中亦有应用。在民用工业中，采用钛粉末冶金方法与钛合金铸造法相比也是有利可图的。实际上某些液压系统的异型机件，螺母，阀环，筒支架等配件都已批量生产。近年来，日本十分注意开发钛在体育用品、建筑、装饰、家具、烹调器具等方面的应用，其产品基本上铸造和加工制品。很明然，对于更为看重经效益的民用工业而言，钛粉末冶金方法在中一部分产品上的应用很具有吸引力。日本开发钛自行车，包括钛制车圈、车架、大梁、车头、车把、导向环、齿轮和其它部件，系采用轧制、矫型或锻造的方法制成。每辆车重8.5～9.5kg，其需求量相当大，高级赛车每辆售价达25～30万日元。如，日本Mori工业公司和Shimano等公司试制一组称为DURA-ACE的高级自行车零件，其中包括链轮曲轴装置，飞轮导向装置，脚蹬，导向轮，卡式制动器等零件已在市场上出售，它代替铁制件后，可使车的重量减轻50%～60%，通过热处理和表面处理提高钛合金的硬度后，可获得满意的性能。在这类应用中，类似于上述部件和其它螺母类零件采用粉末冶金钛合金在技术和经济上都是可行的。

综上所述，在未来的高科技时代中，钛粉末冶金结构合金的应用有着极为广阔的前景。