钛合金广泛应用于航空航天领域,在提高发动机推重比和燃油效率以及机身轻量化的设计需求下,钛合金零件逐步向高复杂程度、高精度和一体化成形方向发展。作为一种近净成形技术,粉末热等静压技术具备成型复杂形状构件的能力,特别适合制备难熔金属或难加工的金属材料。采用预合金粉末热等静压工艺制备的粉末冶金构件,材料利用率高,力学性能可以达到锻件的水平。因此粉末热等静压技术也被称为精密铸造技术的升级。目前关于粉末冶金钛合金的组织—性能关系已进行了大量的研究。但是热等静压工艺参数对粉末冶金钛合金显微组织和力学性能的影响机制尚不清晰;同时粉末热等静压工艺流程较长,研究人员对过程控制的认识尚不充分。为此,本文选用了 Ti-5Al-2.5Sn（α型）、Ti55（近α型）和Ti-6Al-4V（α+β型）三种钛合金预合金粉末进行热等静压实验,通过密度测试、显微组织观察和力学性能测试等手段,分析各影响因素对粉末冶金钛合金显微组织和力学性能的影响,目的在于从整体上理解和把握钛合金粉末热等静压技术。具体的研究内容及成果如下:对三种钛合金预合金粉末进行表征,结果表明,采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备的Ti-5Al-2.5Sn、Ti55和Ti-6Al-4V合金粉末具有相似的粒度分布、表面形貌、微观组织和空心率。为获得具有优异综合力学性能的粉末冶金钛合金,本文推荐钛合金粉末的脱气处理温度应低于粉末冶金钛合金的长时间最高使用温度。粉末粒度虽然不会影响Ti-6Al-4V合金的拉伸性能和高温持久性能,但是会影响高周疲劳性能。由全粒度粉末热等静压成型的Ti-6Al-4V粉末坯料具有最好的综合力学性能。研究了热等静压工艺参数和热处理对Ti-6Al-4V粉末坯料显微组织和力学性能的影响。结果表明,Ti-6Al-4V合金粉末的热等静压工艺窗口为热等静压温度920-940℃,热等静压压力120 MPa以上。Ti-6Al-4V粉末坯料的力学性能接近锻造合金的性能,粉末坯料的热处理工艺窗口较宽,有利于保证粉末冶金构件的整体性能。经双重退火,Ti-6Al-4V合金显微组织中条状α相发生球化,且球化率随退火时间的增加而增大;同时由空心粉形成的微小气孔会受热膨胀形成热致孔洞,热致孔洞会对Ti-6Al-4V粉末坯料的高周疲劳和超高周疲劳性能产生一定的恶化作用。研究了热等静压温度、热处理和粉末表面状态对Ti55粉末坯料显微组织和拉伸性能的影响。结果表明,本文优选的Ti55合金粉末的热等静压温度约为940℃。热处理态Ti55粉末坯料的拉伸性能超越铸造合金性能,接近锻造合金性能的水平。Ti55合金粉末表面存在一层氧化膜,且氧化膜的厚度随粉末储存时间的增加呈现先基本保持不变后逐渐增加的趋势。粉末表面较厚的氧化膜在同时升温升压热等静压成型过程中没有完全破碎,这会导致Ti55合金显微组织不均匀,进而降低Ti55合金的室温延伸率。基于金属粉末的致密化机理,提出了一种分步热等静压工艺途径,该工艺途径可以有效破碎Ti55合金粉末表面较厚的氧化膜,获得具有均匀显微组织和较高室温延伸率的粉末冶金Ti55合金。研究了微量孔隙对Ti-5Al-2.5Sn和Ti-6Al-4V粉末坯料力学性能的影响。当致密度在99%以上时,Ti-5Al-2.5Sn和Ti-6Al-4V粉末坯料的拉伸性能可以达到全致密粉末坯料的水平。当致密度在99.5%以上时,Ti-5Al-2.5Sn粉末坯料的冲击性能可以达到全致密粉末坯料的水平。当致密度从99%升高至100%的过程中,Ti-5Al-2.5Sn粉末坯料的高周疲劳强度逐渐升高,而Ti-6Al-4V粉末坯料的高周疲劳强度呈现先升高后降低的趋势,这与热等静压成型后钛合金的组织类型有关。由于屏蔽作用导致的钛合金粉末坯料致密度的下降可以等效为热等静压制度的改变,其中热等静压压力的降低比热等静压时间的减少对粉末坯料致密度的恶化作用更加显著。