專(zhuān)利名稱(chēng)：一種耐磨鈦合金材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種耐磨鈦合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在金屬材料領(lǐng)域中，耐磨鈦合金作為低成本耐磨材料一直受到普遍重視。CN200610067458. 4號(hào)申請(qǐng)涉及一種鈦合金及其用。所述鈦合金的組成為A1 = 3. 5wt% 37wt% ；V = 0. 02wt% 3. 5wt% ；Ni = 0. 05wt% 2wt% ；Ti =余量。其鈦合 金還可以包含0. 05wt % 24wt %的Nb、0. Iwt % 5wt %的Mn和少于0. 5wt %的Fe。但其 抗拉強(qiáng)度、線摩擦率和伸長(zhǎng)率仍較低，該合金的耐磨性能有待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述技術(shù)缺陷，提供一種耐磨鈦合金材料，該材料具有良 好的性能。本發(fā)明的另一目的是提供一種耐磨鈦合金材料的制備方法，該制備方法工藝簡(jiǎn) 單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種耐磨鈦合金材料，其特征在于該材料以鈦合金為基體，在基體中分布著由合金鋼 絲和鐵絲形成的金屬絲團(tuán)，所用合金鋼絲和鐵絲直徑均為l_2mm，材料中合金鋼絲與鐵絲的 總體長(zhǎng)度相當(dāng)，金屬絲團(tuán)的直徑為10-15cm，兩種金屬絲占材料的體積百分比為10-35%; 鈦合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量Al為1-1.5%，Cu為4% 6 %，Zr為0.02% 0. 04%，Gd 為 3%，Si 為 0. 8% 1. 5%，其余為 Ti ；合金鋼絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0. 32%-0. 45% ;Cr為4. 75%_5. 5% ;Mo為1.1%-1. 75% ；Si 為 0. 8%-1. 2%,其余為 Fe ；鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 05-0. 09%, Si為0. 2% 0. 3%, Mn為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0.025%,其余為 Fe。所述基體中還分布有TiN顆粒。一種耐磨鈦合金材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟合金鋼絲及滲氮鐵絲的準(zhǔn)備分別取直徑為l_2mm、成分重量百分含量C為 0. 32%-0. 45% ；Cr 為 4. 75%-5. 5% ；Mo 為 1. 1%_1· 75% ；Si 為 0. 8%_1· 2%,其余為 Fe 的合金 鋼絲；以及直徑為l_2mm、成分重量百分含量C為0. 05-0. 09%, Si為0. 2% 0. 3%, Mn為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^的鐵絲；合金鋼絲與鐵絲二者的總體長(zhǎng)度相 當(dāng)，合金鋼絲和鐵絲兩種金屬絲占材料的體積百分比為10-35% ；按常規(guī)方法在鐵絲表面進(jìn) 行滲氮處理制備滲氮鐵絲；滲氮層的厚度為200-300微米；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述合金鋼絲與滲氮鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙 絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為10-15cm，將若干金屬絲團(tuán)放入鑄型下型型腔中，金屬絲團(tuán)的 松緊程度由合金鋼絲和鐵絲共占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團(tuán)正好放滿鑄型；布置完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待合金液澆注；鈦合金基體的準(zhǔn)備按重量百分含量Al為1-1. 5%，Cu為4% 6%，Zr為0. 02% 0. 04%, Gd為 3%，Si為0.8% 1.5%，其余為T(mén)i進(jìn)行配料；將鈦合金基體在感應(yīng) 電爐中熔化制備鈦合金液，熔化溫度為1690-1720°C ；將上述鈦合金液澆入裝有金屬絲團(tuán)的干砂鑄型，液態(tài)合金液將合金鋼絲及滲氮鐵絲包 圍，然后冷卻凝固，得到以鈦合金為基體的其中分布有金屬絲團(tuán)的耐磨材料。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下(1)本發(fā)明耐磨鈦合金材料中的合金鋼絲及鐵絲自身具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和較高的耐磨。 在澆注中高溫液態(tài)鈦將部分合金鋼絲及鐵絲熔融，合金鋼絲及鐵絲和鐵絲滲氮層中的N、 Cr.Fe進(jìn)入液態(tài)鈦中，與鈦形成TiN、TiCr2、TiF%等特殊化合物，彌散增強(qiáng)鈦合金；未熔的合 金鋼絲及鐵絲與鈦合金冶金結(jié)合，對(duì)鈦合金起到增強(qiáng)增韌的作用，同時(shí)具有耐磨增強(qiáng)作用， 特別是TiN的作用最大。Cu和Si在鈦中形成Ti3Si和CuTi2,也對(duì)鈦合金起到增強(qiáng)增韌和 耐磨的作用。(2)材料中的ττ和Gd與Ti不形成化合物，對(duì)鈦合金的組織具有顯著細(xì)化的作用， 有助于材料增強(qiáng)增韌和耐磨的提高。(3 )本發(fā)明材料中P、S為雜質(zhì)，控制在允許的范圍。(4)本發(fā)明合金材料成本低，制備工藝簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)的合金材料性能好， 而且非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。(5)本發(fā)明的鈦合金用作耐磨/摩擦材料，具有低比重、不吸濕、耐腐蝕、耐高粉塵 環(huán)境和耐磨的特點(diǎn)，適用于對(duì)重量、耐磨性能、耐高溫性能、耐腐蝕性能以及力矩質(zhì)量有較 高要求的場(chǎng)合，尤其適于在完全無(wú)潤(rùn)滑的干摩擦條件下使用。本發(fā)明的合金性能見(jiàn)表1。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例一制得的金屬絲增強(qiáng)含釓耐磨鈦合金材料的金相組織。圖1可以看到在鈦合金與金屬絲結(jié)合良好。
具體實(shí)施例方式以下各實(shí)施例僅用作對(duì)本發(fā)明的解釋說(shuō)明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。各實(shí)施例中的直徑為l_2mm金屬絲為市購(gòu)，滲氮處理自行處理。實(shí)施例一鈦合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量A1為1%，Cu為4%，Zr為0. 02%, Gd為 1%, Si 為 0.8%，其余為 Ti。合金鋼絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0. 32% ；Cr為4. 75% ；Mo為1. 1% ；Si 為0. 8%,其余為Fe ；該合金鋼絲的直徑為1mm。鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0.05%，Si為0. , Mn為0.25 P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^ ；該鐵絲的直徑為1mm。材料中合金鋼絲和鐵絲二者的總體長(zhǎng)度相當(dāng)，兩種金屬絲占材料的體積百分比為 10%。
取鐵絲按常規(guī)方法在其表面進(jìn)行滲氮處理制備滲氮鐵絲滲氮層的厚度為200微 米。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述合金鋼絲及滲氮鐵絲各取一根絲形成球狀的混 合雙絲金屬絲團(tuán)(兩根絲同時(shí)成型，形成雙絲金屬絲團(tuán)，成型可按洗碗用的清潔球或稱(chēng)鋼絲 球的方法)，金屬絲團(tuán)直徑為15cm，將若干金屬絲團(tuán)放入鑄型下型型腔中，金屬絲團(tuán)的松緊 程度由合金鋼絲和鐵絲二者共占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團(tuán)正好放滿鑄型；布 置完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待合金液澆注；將鈦合金基體在感應(yīng)電爐中熔化制備鈦合金液，熔化溫度為1690-1720°C ； 將上述鈦合金液澆入裝有金屬絲團(tuán)的干砂鑄型，液態(tài)合金液將合金鋼絲及滲氮鐵絲包 圍，然后冷卻凝固，得到以鈦合金為基體的其中分布有金屬絲團(tuán)的耐磨材料。實(shí)施例二 鈦合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量A1為1. 5%，Cu為6%，Zr為0. 04%, Gd為 3%, Si 為 1. 5%，其余為 Ti。合金鋼絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0. 45% ；Cr為5. 5% ；Mo為1. 75% ；Si 為1. 2%,其余為Fe ；該合金鋼絲的直徑為2mm。鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0.09%，Si為0.3%，Mn為0. :35 P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^ ；該鐵絲的直徑為2mm。合金鋼絲和鐵絲二者的總體長(zhǎng)度相當(dāng)，兩種金屬絲占材料的體積百分比為35%。 取鐵絲按照常規(guī)方法在其表面進(jìn)行滲氮處理制備滲氮鐵絲滲氮層的厚度為300微米。按 清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作合金鋼絲和滲氮鐵絲兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團(tuán)，金屬絲 團(tuán)直徑為10cm。制備過(guò)程同實(shí)施例一。實(shí)施例三鈦合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量A1為1. 2%, Cu為5%，Zr為0. 03%,Gd為 2%, Si為1%，其余為T(mén)i。合金鋼絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0. 39%;Cr為4. 9% ;Mo為1. 5% ;Si 為0. 9%,其余為！^ ；該合金鋼絲的直徑為1. 5mm。鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0.07%，Si為0.25 Mn為0. 3%，P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^ ；該鐵絲的直徑為1. 5mm。合金鋼絲和鐵絲二者的總體長(zhǎng)度相當(dāng)，兩種金屬絲占材料的體積百分比為20%。取鐵絲按照常規(guī)方法在其表面進(jìn)行滲氮處理制備滲氮鐵絲滲氮層的厚度為250 微米。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為 15cm0制備過(guò)程同實(shí)施例一。對(duì)比實(shí)施例四原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)例鈦合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量A1為0. 5%，Cu為3%，Zr為0. 01%，Gd為 0. 43%, Si 為 0.4%，其余為 Ti。合金鋼絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0. 3% ；Cr為4% ；Mo為1% ；Si為 0. 4%,其余為！^ ；該合金鋼絲的直徑為0. 5mm。
鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0. 04%, Si為0. 1%, Mn為0. 2%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^ ；該鐵絲的直徑為0. 5mm。合金鋼絲和鐵絲二者的總體長(zhǎng)度相當(dāng)，兩種金屬絲占材料的體積百分比為5%。鐵絲不進(jìn)行滲氮處理。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作兩種金屬絲混合的雙絲金屬 絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為15cm。制備過(guò)程同實(shí)施例一。對(duì)比實(shí)施例五原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)例鈦合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量Al為洲，Cu為7%，&為0.05%，Gd為 4%, Si為2%，其余為T(mén)i。合金鋼絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0. 5%;Cr為6% ;Mo為1. 9% ;Si為 2%,其余為Fe ；該合金鋼絲的直徑為3mm。鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0. 1%，Si為0. 4%, Mn為0. 4%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為Fe，該鐵絲的直徑為3mm。合金鋼絲和鐵絲二者的總體長(zhǎng)度相當(dāng)，兩種金屬絲占材料的體積百分比為40%。取 鐵絲按照常規(guī)方法進(jìn)行滲氮處理制備滲氮鐵絲滲氮層的厚度為400微米。按清潔球生產(chǎn) 的常規(guī)方法制作兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為10cm。制備過(guò)程同實(shí)施例一。表1各產(chǎn)品的性能對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種耐磨鈦合金材料，其特征在于該材料以鈦合金為基體，在基體中分布著由 合金鋼絲和鐵絲形成的金屬絲團(tuán)，所用合金鋼絲和鐵絲直徑均為l-2mm，材料中合金鋼絲 與鐵絲的總體長(zhǎng)度相當(dāng)，金屬絲團(tuán)的直徑為10-15cm，兩種金屬絲占材料的體積百分比為 10-35% ；鈦合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量Al為1-1.5%，Cu為4^-6%, 為0.02% 0. 04%, Gd 為 3%，Si 為 0. 8% 1. 5%，其余為 Ti ；合金鋼絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0. 32%-0. 45% ;Cr為4. 75%_5. 5% ;Mo為1.1%-1. 75% ；Si 為 0. 8%-1. 2%,其余為 Fe ；鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 05-0. 09%, Si為0. 2% 0. 3%, Mn為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 02596，其余為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨鈦合金材料，其特征在于所述基體中還分布有TiN顆粒。
3.一種耐磨鈦合金材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟合金鋼絲及滲氮鐵絲的準(zhǔn)備分別取直徑為l_2mm、成分重量百分含量C為 0. 32%-0. 45% ；Cr 為 4. 75%-5. 5% ；Mo 為 1. 1%_1· 75% ；Si 為 0. 8%_1· 2%,其余為 Fe 的合金 鋼絲；以及直徑為l_2mm、成分重量百分含量C為0. 05-0. 09%, Si為0. 2% 0. 3%, Mn為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^的鐵絲；合金鋼絲與鐵絲二者的總體長(zhǎng)度相 當(dāng)，控制合金鋼絲和鐵絲兩種金屬絲占材料的體積百分比為10-35% ；按常規(guī)方法在鐵絲表 面進(jìn)行滲氮處理制備滲氮鐵絲；滲氮層的厚度為200-300微米；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述合金鋼絲與滲氮鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙 絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為10-15cm，將若干金屬絲團(tuán)放入鑄型下型型腔中，金屬絲團(tuán)的 松緊程度由合金鋼絲和鐵絲共占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團(tuán)正好放滿鑄型；布 置完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待合金液澆注；鈦合金基體的準(zhǔn)備按重量百分含量Al為1-1. 5%，Cu為4% 6%，Zr為0. 02% 0. 04%, Gd為 3%，Si為0.8% 1.5%，其余為T(mén)i進(jìn)行配料；將鈦合金基體在感應(yīng) 電爐中熔化制備鈦合金液，熔化溫度為1690-1720°C ；將上述鈦合金液澆入裝有金屬絲團(tuán)的干砂鑄型，液態(tài)合金液將合金鋼絲及滲氮鐵絲包 圍，然后冷卻凝固，得到以鈦合金為基體的其中分布有金屬絲團(tuán)的耐磨材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種耐磨鈦合金材料及其制備方法，該材料以鈦合金為基體，在基體中分布著由合金鋼絲和鐵絲形成的金屬絲團(tuán)，所用合金鋼絲和鐵絲直徑均為1-2mm，材料中合金鋼絲與鐵絲的總體長(zhǎng)度相當(dāng)，金屬絲團(tuán)的直徑為10-15cm，兩種金屬絲占材料的體積百分比為10-35%。本發(fā)明耐磨鈦合金材料具有較高的耐磨性能，且生產(chǎn)成本低，工藝簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)C22C121/02GK102051538SQ20111000744
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者張?jiān)? 王玲, 趙浩峰 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)