石墨模具的核心功能在 Ti-6Al-4V 的真空热压过程中，是作为高强度容器，定义合金的最终几何形状。具体来说，它必须在达到1300°C的温度下，保持完整的尺寸稳定性，并传递高达 30 MPa 的单轴压力。这种能力使模具能够将松散的粉末引导成完全致密的固体，而不会在极端环境下变形。
核心要点 石墨模具充当液压系统和材料之间的关键界面，同时容纳粉末并传递致密化所需的力。其成功完全取决于在大多数其他容器材料会失效或变形的温度下保持机械强度和热稳定性。
约束和成型的力学原理
应力下的几何形状定义
模具的主要作用是将松散的 Ti-6Al-4V 粉末约束成特定的形状。与冷压不同，这种成型与烧结同时发生。
模具必须充当刚性边界。它迫使粉末精确地采用模具的内部几何形状，确保最终部件满足精确的尺寸要求。
承受极端热负荷
该工艺需要高达1300°C的温度，以确保钛合金的适当烧结。
选择石墨模具是因为它具有出色的热稳定性。它必须抵抗软化、熔化或翘曲，确保在整个加热循环中定义的几何形状保持一致。
压力传递和致密化
作为压力介质
除了简单的容纳，模具还充当主动传递介质。它将来自液压缸的机械力直接传递到粉末压坯。
在此特定工艺中，模具必须承受并传递30 MPa 的单轴压力。它有效地将外部液压转化为压实粉末所需的内部压缩应力。
促进颗粒重排
模具传递的热量和压力相结合，促进了 Ti-6Al-4V 粉末的致密化。
当模具压缩加热的粉末时，它会促使颗粒重排和塑性变形。这消除了孔隙和疏松，从而得到固体、致密的材料。
理解权衡
机械极限和断裂风险
虽然石墨是一种坚固的压力容器，但它并非坚不可摧。它是一种脆性材料，具有明确的机械极限。
如果施加的压力超过模具的特定抗压强度，或者压力施加不均匀，模具可能会断裂。这将导致容器失效和烧结失败。
化学和尺寸完整性
石墨因其化学稳定性而被选用，但环境必须得到控制。
在真空中，石墨能抵抗氧化，但在 1300°C 下，模具与钛合金之间的界面至关重要。模具必须足够惰性或润滑，以防止合金粘附在壁上，确保样品可以无损移除。
为您的目标做出正确选择
您的真空热压工艺的有效性取决于将模具的能力与您的特定加工参数相匹配。
- 如果您的主要重点是最大程度的致密化：确保您的模具设计具有足够厚的壁，能够承受超过 30 MPa 的压力而不会鼓胀，因为这可以最大程度地将力传递给粉末。
- 如果您的主要重点是尺寸精度：优先选择高密度、高强度的石墨牌号，它们在 1300°C 下具有最小的热膨胀和最大的刚性，以防止即使是微小的变形。
通过将石墨模具视为传递压力和热量的精密仪器，而不仅仅是一个容器，您可以确保最终 Ti-6Al-4V 部件的结构完整性。
摘要表：
| 特性 | Ti-6Al-4V 热压要求 |
|---|---|
| 核心功能 | 形状约束和单轴压力传递 |
| 温度限制 | 在 1300°C 下稳定 |
| 压力容量 | 必须承受并传递高达 30 MPa |
| 材料优势 | 高热稳定性和真空兼容性 |
| 关键结果 | 完全致密化和精确的最终几何形状 |
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