圖1 粉末SEM照片
Fig.1 Powder SEM photos
GA粉末的形狀包括球形、橢球形等，部分大顆粒粉末周圍吸附著一些小顆粒粉末，如圖1（a）所示。GA粉末中部分粉末顆粒內部存在空洞，空洞由紅框標出，如圖1（b）所示，空心粉的存在會降低熱等靜壓制品的拉伸性能。采用PREP法制得的粉末大小均勻，粉末形狀均為球形，如圖1（c）所示。粉末顆粒內部無明顯空洞，粉末均為實心，如圖1（d）所示。
2.2 微觀組織
不同保溫時間和制粉方法得到的粉末鈦合金金相組織如圖2、圖3所示。
圖2 GA粉制備構件的金相組織
Fig.2 Metallographic structure of GA powder
圖3 PREP粉制備構件的金相組織
Fig.3 Metallographic structure of PREP powder
從不同制度下金相照片中可以觀察到粉末顆粒變形產生的獨特微觀組織。粉末收縮變形后，原始邊界處發生大變形，生成等軸α-Ti組織，內部保持層狀α-Ti組織。這是因為粉末顆粒邊界相互擠壓，發生充足的變形導致再結晶，形成了等軸的α-Ti組織。粉末顆粒內部變形較少組織大部分都為層狀α-Ti組織。粉末鈦合金組織為等軸α-Ti組織、層狀α-Ti組織和少量的β-Ti組織構成。β-Ti組織所占的比例極少，對性能的影響較低。
在不同的熱等靜壓保溫時間對構件的微觀組織產生影響。當熱等靜壓保溫時間達到20 min時，粉末鈦合金達到致密，無明顯孔隙。不同保溫時間下的密度相同，如表1所示。
表1 不同制度下熱等靜壓制品的密度
Tab.1 Density of hot isostatic pressing products under different systems
隨著保溫時間延長到120 min，粉末鈦合金組織變得更加均勻，組織不斷粗化。用PREP法制得的粉末鈦合金構件組織較用GA法制得粉末鈦合金組織粗大。
2.3 拉伸性能
測試不同制度下構件的拉伸性能，發現隨著保溫時間的延長拉伸性能無明顯變化。這是因為保溫時間為20 min時，粉末鈦合金已達到致密，延長保溫時間性能無明顯變化。在同一制度下，PREP法制得粉末鈦合金的屈服強度和抗拉強度均高于GA法，延伸率、斷口收縮率和彈性模量相差不大，如表2所示。
表2 不同制度下熱等靜壓構件的拉伸性能
Tab.2 Tensile properties of hot isostatic pressing components under different systems
由于兩種制粉方法采用的是同一種棒材，拉伸性能差異是因為采用不同的制粉方法導致粉末狀態不同而產生的。
2.4 拉伸斷口形貌
用SEM觀察拉伸斷口形貌，可以發現不同制度下TA15鈦合金斷裂方式為韌性斷裂，斷口呈暗灰色，可以區分出斷口中的纖維區和剪切唇。微觀形貌為韌窩，纖維區為垂直韌窩，剪切唇區為剪切韌窩，SEM拉伸斷口形貌如圖4~圖7所示。
圖4 低倍下GA粉制備構件拉伸斷口形貌
Fig.4 Tensile fracture morphology of GA powder prepared at low magnification
圖5 高倍下GA粉制備構件拉伸斷口形貌
Fig.5 Tensile fracture morphology of GA powder prepared at high magnification
圖6 低倍下PREP粉制備構件拉伸斷口形貌
Fig.6 Tensile fracture morphology of PREP powder prepared at low magnification
圖7 高倍下PREP粉制備構件件拉伸斷口形貌
Fig.7 Tensile fracture morphology of PREP powder prepared at high magnification
采用GA粉制備構件的拉伸斷口中的韌窩更加均勻、細小，纖維區和剪切唇的分界更明顯，采用PREP粉末制備構件的拉伸斷口中的韌窩大小形狀不均勻，斷口表面粗糙，且纖維區和剪切唇邊不容易區分。
在GA粉末制備粉末鈦合金的斷口SEM圖中觀察到了一些空洞，如圖8所示，這些空洞的產生與GA粉末中的存在一定量的空心粉有關（圖1）。由于有氣體存在于粉末內部的空心中，在熱等靜壓的過程中這些空心是無法消除的，在熱等靜壓完成后在制品中形成孔洞。由于GA粉制備粉末鈦合金中孔洞的存在，導致其拉伸性能低于PREP粉末鈦合金拉伸性能。
圖8 GA粉制備構件拉伸斷口孔洞形貌
Fig.8 The pore morphology of tensile fracture of GA powder
3、結論
（1）粉末TA15鈦合金構件組織由等軸α-Ti、層狀α-Ti和少量β-Ti組成。在原始粉末顆粒邊界為等軸組織，顆粒內部為層狀組織。
（2）熱等靜壓時溫度為960 ℃、壓力為100 MPa，保溫時間為20 min時可達到致密。隨著保溫時間延長到2 h，組織長大同時變得更加均勻。
（3）采用PREP粉末制備的鈦合金構件的屈服強度和拉伸強度高于GA粉制備構件，延伸率、斷口收縮率和彈性模量無明顯差別。
（4）粉末TA15鈦合金拉伸斷裂為韌性斷裂，斷口可以區分出纖維區和剪切唇，微觀形貌為韌窩。采用GA粉末制備粉末鈦合金斷口中存在孔洞。
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