專利名稱：一種高速壓制成形制備鈦合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別屬于ー種利用高速壓制成形制備鈦合金的方法。
背景技術(shù)：
鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高和耐蝕性能好等優(yōu)良特性，在航空航天、艦船、化工、 汽車和醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其是在汽車エ業(yè)和民用領(lǐng)域的應(yīng)用正日益擴(kuò)大。 然而傳統(tǒng)的鈦制備エ藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高，嚴(yán)重地阻礙了鈦的應(yīng)用和發(fā)展。粉末冶金是ー種近凈成形、低成本的材料制備技術(shù)，但鈦塑性差、加工硬化速率高的特性使其用傳統(tǒng)的模壓方法成形十分困難，壓坯致密度通常低于85%，需要進(jìn)ー步借助熱壓或熱等靜壓等エ藝提高密度，導(dǎo)致制造成本急劇升高。因此，尋求高性能、低成本的制備技術(shù)一直是鈦材的發(fā)展目標(biāo)。高速壓制技術(shù)的出現(xiàn)則有望解決鈦難致密和制造成本高的難題。高速壓制技術(shù)是2001年出現(xiàn)的ー種高效率制備高性能粉末冶金零件的新技術(shù)。 與傳統(tǒng)成形方法相比，該技術(shù)具有成本低、壓坯密度高且分布均勻、低弾性后效(比常規(guī)降低30% )和高精度、模具使用壽命長(zhǎng)( >十萬(wàn)次)和粉末燒結(jié)活性好等特點(diǎn)。以成形鐵粉為例，傳統(tǒng)壓制的壓還密度為7. lg/cm3,溫壓的為7. 3g/cm3,而高速壓制的可高達(dá)7. 5g/ cm3。當(dāng)密度達(dá)到一定值后，材料的硬度、抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、韌性等都會(huì)隨密度的增加而呈幾何級(jí)數(shù)増大。目前，高速壓制技術(shù)成形Fe粉、Cu粉、Ti粉和不銹鋼粉已獲得較好效果，壓坯致密度均可達(dá)到95%。尤其是高速壓制Ti粉的壓坯致密度為97. I %，經(jīng)燒結(jié)后獲得了全致密的純Ti材料。高速壓制也可成形鈦合金粉末(Ti-6A1-4V)，制備鈦合金的致密度> 95%。 目前尚沒有采用高速壓制技術(shù)成形鈦混合粉末制備鈦合金的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有鈦合金制備エ藝復(fù)雜、成本高等不足，提供ー種利用粉末冶金高速壓制成形制備鈦合金的方法。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)混合含鈦金屬粉末、潤(rùn)滑模壁、高速壓制成形制備壓坯和真空燒結(jié)，其步驟如下(I)按重量百分比if, 87. 2Ti-4. 5A1-6. 8Mo_l. 5Fe的配比稱取粒徑12. 94 53. 06 ii m的Ti粉、粒徑2 3 y m的Al粉、粒徑5 10 y m的Mo粉和粒徑I 5 y m的Fe 粉，在IS氣氣氛中球磨8h,得到混合粉末；(2)用硬脂酸鋅無(wú)水こ醇乳濁液潤(rùn)滑模腔內(nèi)壁；(3)將混合粉末填充于模腔內(nèi)，加壓至60 70MPa，保壓I 3s，預(yù)壓排氣；(4)采用沖擊速度為3. 36 4. 50m/s、沖擊能量與裝粉量之比為760 1370 J 8. 30 9. OOg,制備壓坯；(5)將壓坯置于真空燒結(jié)爐中，升溫速率為2 4°C/min，在真空度為IX 10_3 I X KT4Pa和1050 1250°C下燒結(jié)，保溫2 3h，得到所述鈦合金。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)I.通常采用模壓成形Ti粉需要加入高質(zhì)量含量的潤(rùn)滑劑，而本發(fā)明無(wú)需添加潤(rùn)滑劑即實(shí)現(xiàn)粉末的高致密成形，避免了氧、碳等間隙元素的污染使材料性能惡化；2.本發(fā)明高速壓制成形混合粉末的致密度> 95%，顯著高于采用冷等靜壓成形的通常為85%的致密度；而燒結(jié)后致密度>98%。這種高致密度通常要采用高成本的熱等靜壓才能達(dá)到；硬度HV為374 394，彎曲強(qiáng)度為1439 2170MPa。3.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了短流程、低成本制備高密度、高性能鈦合金，エ藝簡(jiǎn)單，成本低，實(shí)用性好，所制備出的鈦合金致密度高，性能優(yōu)良。本發(fā)明還可適用于以鈦為基體的其它鈦合金、鈦基復(fù)合材料的制備。


圖I為實(shí)施例5在1050°C燒結(jié)下制備的鈦合金金相照片；圖2為實(shí)施例5在1150°C燒結(jié)下制備鈦合金的金相照片；圖3為實(shí)施例5在1250°C燒結(jié)下制備鈦合金的金相照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)ー步詳細(xì)描述本發(fā)明，但本發(fā)明實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例I采用市售的氫化脫氫Ti粉、Al粉、Mo粉和Fe粉，Ti粉粒徑12. 94 53. 06 U m、 Al粉粒徑2 3 ii m，Mo粉粒徑為5 10 y m，F(xiàn)e粉粒徑為I 5 y m。高速壓制成形制備鈦合金的步驟及エ藝條件如下稱取Ti粉436g、Al粉22. 5g、Mo粉34g和Fe粉7. 5g置于球磨罐中，充入氬氣，在球磨機(jī)上球磨8h，球磨成均勻的混合粉末；用硬脂酸鋅無(wú)水こ醇乳濁液潤(rùn)滑模腔內(nèi)壁；將混合粉末填充于模腔內(nèi)，加壓至60MPa，保壓3s，預(yù)壓排氣；采用沖擊速度為3. 36m/s、沖擊能量與裝粉量之比為J760J 9. 00g，制備壓坯；將壓坯置于高真空燒結(jié)爐中，升溫速率為 20C /min，在真空度為1X10—3 I X KT4Pa和1050 1250°C下燒結(jié)，保溫時(shí)間3h，隨爐冷卻制備鈦合金。所制備壓還的密度為4. 166g/cm3,燒結(jié)后性能見表I :表I
權(quán)利要求
1.一種高速壓制成形制備鈦合金的方法，其特征在于混合含鈦金屬粉末、潤(rùn)滑模壁、 高速壓制成形制備壓坯和真空燒結(jié)，其步驟如下(1)按重量百分比計(jì)，87.2Τ -4. 5A1-6. 8Mo_l. 5Fe的配比稱取粒徑12. 94 53. 06 μ m 的Ti粉、粒徑2 3 μ m的Al粉、粒徑5 10 μ m的Mo粉和粒徑I 5 μ m的Fe粉，在氬氣氣氛中球磨8h，得到混合粉末；(2)用硬脂酸鋅無(wú)水乙醇乳濁液潤(rùn)滑模腔內(nèi)壁；(3)將混合粉末填充于模腔內(nèi)，加壓至60 70MPa，保壓I 3s，預(yù)壓排氣；(4)采用沖擊速度為3.36 4. 50m/s、沖擊能量與裝粉量之比為760 1370J 8. 30 9. OOg,制備壓坯；(5)將壓坯置于真空燒結(jié)爐中，升溫速率為2 4V/min,在真空度為IX 10_3 I X KT4Pa和1050 1250°C下燒結(jié)，保溫2 3h，得到所述鈦合金。
全文摘要
一種高速壓制成形制備鈦合金的方法。其步驟為混合含鈦金屬粉末、潤(rùn)滑模壁、高速壓制成形制備壓坯和真空燒結(jié)。本發(fā)明通過高速壓制成形和真空燒結(jié)制備出高致密鈦合金，工藝簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了短流程、低成本制備高性能鈦合金。制備的鈦合金的致密度≥98.08％，硬度HV為374～394，彎曲強(qiáng)度為1439～2170MPa。本發(fā)明還可適用于以鈦為基體的其它鈦合金、鈦基復(fù)合材料的制備。
文檔編號(hào)C22C14/00GK102586639SQ20121007291
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者蔡一湘, 閆志巧, 陳 峰 申請(qǐng)人:廣州有色金屬研究院