[發明專利]一種高速壓制成形制備鈦合金的方法

無效

• 申請號: 201210072914.X
• 申請日: 2012-03-16
• 公開（公告）號: CN102586639A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 閆志巧;陳峰;蔡一湘
• 申請（專利權）人: 廣州有色金屬研究院
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C14/00
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所 44216
• 代理人: 千知化

技術領域

本發明屬于粉末冶金技術領域，特別屬于一種利用高速壓制成形制備鈦合金的方法。

背景技術

鈦合金具有密度小、比強度高和耐蝕性能好等優良特性，在航空航天、艦船、化工、汽車和醫療器械等領域得到廣泛應用，尤其是在汽車工業和民用領域的應用正日益擴大。然而傳統的鈦制備工藝復雜、生產成本高，嚴重地阻礙了鈦的應用和發展。粉末冶金是一種近凈成形、低成本的材料制備技術，但鈦塑性差、加工硬化速率高的特性使其用傳統的模壓方法成形十分困難，壓坯致密度通常低于85％，需要進一步借助熱壓或熱等靜壓等工藝提高密度，導致制造成本急劇升高。因此，尋求高性能、低成本的制備技術一直是鈦材的發展目標。高速壓制技術的出現則有望解決鈦難致密和制造成本高的難題。

高速壓制技術是2001年出現的一種高效率制備高性能粉末冶金零件的新技術。與傳統成形方法相比，該技術具有成本低、壓坯密度高且分布均勻、低彈性后效(比常規降低30％)和高精度、模具使用壽命長(≥十萬次)和粉末燒結活性好等特點。以成形鐵粉為例，傳統壓制的壓坯密度為7.1g/cm³，溫壓的為7.3g/cm³，而高速壓制的可高達7.5g/cm³。當密度達到一定值后，材料的硬度、抗拉強度、疲勞強度、韌性等都會隨密度的增加而呈幾何級數增大。

目前，高速壓制技術成形Fe粉、Cu粉、Ti粉和不銹鋼粉已獲得較好效果，壓坯致密度均可達到95％。尤其是高速壓制Ti粉的壓坯致密度為97.1％，經燒結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-6Al-4V)，制備鈦合金的致密度≥95％。目前尚沒有采用高速壓制技術成形鈦混合粉末制備鈦合金的報道。

發明內容

本發明的目的在于針對現有鈦合金制備工藝復雜、成本高等不足，提供一種利用粉末冶金高速壓制成形制備鈦合金的方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現：混合含鈦金屬粉末、潤滑模壁、高速壓制成形制備壓坯和真空燒結，其步驟如下：

(1)按重量百分比計，87.2Ti-4.5Al-6.8Mo-1.5Fe的配比稱取粒徑12.94～53.06μm的Ti粉、粒徑2～3μm的Al粉、粒徑5～10μm的Mo粉和粒徑1～5μm的Fe粉，在氬氣氣氛中球磨8h，得到混合粉末；

(2)用硬脂酸鋅無水乙醇乳濁液潤滑模腔內壁；

(3)將混合粉末填充于模腔內，加壓至60～70MPa，保壓1～3s，預壓排氣；

(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∶8.30～9.00g，制備壓坯；

(5)將壓坯置于真空燒結爐中，升溫速率為2～4℃/min，在真空度為1×10^-3～1×10^-4Pa和1050～1250℃下燒結，保溫2～3h，得到所述鈦合金。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1.通常采用模壓成形Ti粉需要加入高質量含量的潤滑劑，而本發明無需添加潤滑劑即實現粉末的高致密成形，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到；硬度HV為374～394，彎曲強度為1439～2170MPa。

3.本發明實現了短流程、低成本制備高密度、高性能鈦合金，工藝簡單，成本低，實用性好，所制備出的鈦合金致密度高，性能優良。

本發明還可適用于以鈦為基體的其它鈦合金、鈦基復合材料的制備。

附圖說明

圖1為實施例5在1050℃燒結下制備的鈦合金金相照片；

圖2為實施例5在1150℃燒結下制備鈦合金的金相照片；

圖3為實施例5在1250℃燒結下制備鈦合金的金相照片。

具體實施方式

下面結合實施例進一步詳細描述本發明，但本發明實施方式不限于此。

實施例1

采用市售的氫化脫氫Ti粉、Al粉、Mo粉和Fe粉，Ti粉粒徑12.94～53.06μm、Al粉粒徑2～3μm，Mo粉粒徑為5～10μm，Fe粉粒徑為1～5μm。高速壓制成形制備鈦合金的步驟及工藝條件如下：