[發(fā)明專利]使用沖擊加載制造粉末金屬部件的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910159698.0
• 申請日: 2009-07-31
• 公開（公告）號: CN101637822A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發(fā)明（設計）人: Y·王
• 申請（專利權）人: 通用汽車環(huán)球科技運作公司
• 主分類號: B22F3/16
• 分類號: B22F3/16;F16C7/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 代易寧;譚祐祥

技術領域

本發(fā)明總的涉及使用粉末冶金來產生增強的鈦基結構，更具 體地，涉及制造用于汽車及其他運輸工具應用的鈦合金金屬基體復合材 料基構件。

背景技術

粉末冶金(PM)是汽車、輪船、飛機的構件制造中使用的 重要工藝。PM典型地包括將金屬粉末與合金材料混合，其可被壓成近 終形狀，然后在受控制的氣氛下燒結以形成永久冶金結合。名稱為 《METHOD?OF?MAKING?TITANIUM?ALLOY?BASED?AND?TiB REINFORCED?COMPOSITE?PARTS?BY?POWDER?METALLURGY PROCESS》的在先美國專利申請No.11/955,673(此后稱為′673申請) 公開了一種制造PM鈦瓷復合材料部件(例如發(fā)動機連桿)的方法，該 方法包括：通過將鈦合金基體材料與陶瓷基增強材料混合以形成混合 物，壓制該混合物，燒結該壓制好的混合物并閉模鍛造或相變致密化， 所述′673申請全部為本發(fā)明的申請人所擁有并因此通過引用將其并入。

因為鈦合金具有所需的結構特性，例如高的比強度和優(yōu)良的 耐腐蝕性，所以它們尤其適合于汽車應用，該應用包括發(fā)動機中的閥、 座圈、閥彈簧、連桿，以及車體及底盤中的傳動系及半軸、螺栓及緊固 件、螺旋懸架彈簧及排氣系統。增強體(例如顆粒增強體)可用于增進 它們的結構特性，例如彈性模量(剛性的量度)、耐磨性和耐熱性。二 硼化鈦(TiB₂)顆粒通常用作這種顆粒增強體，PM是一種用節(jié)約成本 的方式以TiB₂實現顆粒增強的方法，但是也可使用其他陶瓷增強材料， 例如碳化鈦(TiC)或氮化鈦(TiN)。

然而，需要更高密度的鈦基MMC構件。還需要以更短的工 藝周期時間和更低的成本得到這種提高密度的構件。

發(fā)明內容

這些需要由本發(fā)明滿足，其中公開了結合下面討論的特征的 方法與裝置。根據本發(fā)明的第一方面，公開了制造粉末金屬構件的方法， 在一種形式中，部件由Ti-6Al-4V/TiB?MMC通過粉末冶金制造，并且在 更具體的形式中，部件通過沖擊加載壓制。除了更短的工藝時間和更低 的成本以外，沖擊加載粉末壓制(相比于傳統的壓制方法)不限于小尺 寸應用。而且，在壓塊中可保持原始粉末特性，合金可由獨特成分產生， 可制造非化學計量成分和非平衡結構。而且，形成的部件密度接近理論 密度，經常超過99％。

除了上述混合、壓制和燒結操作以外，可采取其他可選步驟。 構件可為由鈦合金基體與分散在基體內的TiB₂增強顆粒制造的復合材 料。TiB₂與元素鈦在燒結過程中反應以產生TiB(如制造好的MMC中 的增強顆粒)，其在鈦合金中僅為熱力學穩(wěn)定的。燒結包括將材料加熱 至稍低于其熔點的溫度，使得混合物中的前驅體材料的相異顆粒通過固 態(tài)擴散而相互附著。燒結可優(yōu)選地在受控制的氣氛中進行以避免氧化及 相關污染。

盡管本領域的技術人員將認識到可使用多種鈦基體，但是某 些合金顯示了尤其適合于結構構件，例如那些在航空航天和汽車應用中 遇到的構件。這些包括β鈦、α-2鈦、γ鈦及其組合。可用于本發(fā)明的 β鈦的例子包括具有大約6wt％鋁和大約4wt％釩的鈦(即，本文中稱為 Ti-6Al-4V或要不然稱為Ti?6-4)，以及具有大約6wt％鋁，大約2wt％錫， 大約4wt％鋯和大約2wt％鉬的鈦(即，Ti?6-2-4-2)。本發(fā)明人發(fā)現 Ti-6Al-4V基于相對豐度，化學相容性和處理便利性在復合材料增強的 汽車構件的制造中是特別有用。而且，TiB₂為Ti-6Al-4V基復合材料的 尤其可相容的增強體。

在另一個選擇中，構件是在飛機、輪船、汽車及相關內燃機 中使用的連桿。在本文中，術語“汽車”意圖指代不僅轎車，而是卡車、 摩托車、公共汽車及相關運輸車輛模式。在發(fā)動機相關應用中，高機械 加載和高溫同時存在。汽車構件的其他例子(其中本方法和鈦基MMC 可發(fā)現有益應用)包括：閥、座圈、閥彈簧、螺栓、緊固件、螺旋懸架 彈簧及排氣系統。