[發(fā)明專利]一種粉末冶金鈦合金棒材的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410474310.7
• 申請(qǐng)日: 2014-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN104263981A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉彬;曾凡沛;盧金忠;曹遠(yuǎn)奎;劉詠;熊翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福建龍溪軸承(集團(tuán))股份有限公司;中南大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C1/04
• 分類號(hào): C22C1/04;C22C14/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙朕揚(yáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43213
• 代理人: 楊斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于粉末冶金材料領(lǐng)域，具體涉及一種高性能粉末冶金鈦合金棒材的制備方法。

背景技術(shù)

鈦合金具有密度小(4.51g/cm³、約為鋼的40％)、強(qiáng)度高(可達(dá)到1000MPa以上)、抗疲勞好(疲勞極限是鋼的兩倍)、抗腐蝕性能優(yōu)異、良好生物相容性、無磁性等優(yōu)點(diǎn)，一直享有“太空金屬”、“海洋金屬”等美譽(yù)，適于作為緊固件材料使用。應(yīng)用鈦合金緊固件產(chǎn)生的減重效果，對(duì)提高飛機(jī)和航天器的推進(jìn)力、增加航/射程、節(jié)省燃料、減少發(fā)射費(fèi)用等都有重要意義。在現(xiàn)代飛機(jī)制造中，一架飛機(jī)所用的連接緊固件少則幾十萬件，多則幾百萬件，如美國(guó)的銀河C5運(yùn)輸機(jī)采用了150萬個(gè)鈦緊固件，結(jié)構(gòu)減重1.2噸，波音747客機(jī)的螺紋緊固件中鈦合金緊固件占比高達(dá)90％，單機(jī)減重達(dá)1.8噸以上，僅航空一項(xiàng)，每年的鈦合金緊固件需求量就超過5億件。鈦合金緊固件不僅在航空、航天領(lǐng)域具有旺盛的需求，而且由于其優(yōu)異的抗腐蝕性能，在艦船制造(含潛艇等)以及石油、化工、輕工、電力、冶金等一些存在重腐蝕環(huán)境的工業(yè)領(lǐng)域都具有巨大的應(yīng)用潛力。此外，鈦合金緊固件還在生物醫(yī)藥及人體植入材料、高檔民用生活品(如體育用品、裝飾用品等)都有廣泛的應(yīng)用。

目前，緊固件用鈦合金棒材的制備主要采用的是鑄錠冶金工藝，制備流程包括多次真空自耗熔煉、開坯鍛造、下料、軋制、拉拔等多道工藝，該工藝的流程長(zhǎng)，熔煉及高溫鍛造的能量消耗大，設(shè)備投入驚人，這使得采用鑄錠冶金工藝制備的材料成本較高。粉末冶金工藝由于具有原材料成本低、工藝流程短、能量消耗小、設(shè)備投入小等優(yōu)點(diǎn)，具有顯著降低材料成本的作用。有研究表明，對(duì)于某些復(fù)雜零部件，粉末冶金工藝制備的零部件成本可降低50％～70％，是制備低成本緊固件用鈦合金棒材的潛在技術(shù)之一。

常規(guī)的粉末冶金工藝中，成形工藝通常采用模壓法，但模壓法成形過程中粉末與模壁間存在摩擦，且鈦合金加工硬化的特性，使得模壓成形制得的生坯有孔隙度高的缺陷，從而導(dǎo)致了成品的力學(xué)性能偏低。肖代紅等人還提出一種通過改進(jìn)后的模壓和真空熱壓燒結(jié)制備鈦合金的方法(CN201010528383.1)，該方法能制備致密度99％以上的鈦合金，但產(chǎn)品尺寸受模壓法限制，達(dá)不到緊固件用鈦合金棒材尺寸及高徑比的要求。閆志巧等人提出用潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑模具內(nèi)壁，并通過高速壓制(HVC)來制備Ti-6Al-4V合金(CN201110098932.0)，燒結(jié)后制備的鈦合金致密度為95.1％～97.8％。李寶干等人提出了一種鈦及鈦合金粉末冶金異形制備方法(參見CN201110379365.6號(hào)中國(guó)專利申請(qǐng)公開文獻(xiàn))，采用氫化、球磨、冷等靜壓和真空燒結(jié)可以制備出致密度97.5％的鈦合金。但上述兩種方法均但該方法難以制備大尺寸、同時(shí)具有大高徑比的緊固件用鈦合金棒材。肖代紅等人提出了一種含銀粉末冶金鈦鉬鋁釩合金及其制備方法(參見CN201010125198.8號(hào)中國(guó)專利申請(qǐng)公開文獻(xiàn))，添加銀主要是為了改善生坯的成形性，在真空燒結(jié)后，合金致密度為85％～95％，產(chǎn)品的致密度偏低，性能受到很大影響，無法滿足緊固件需求。目前，對(duì)于采用粉末冶金工藝制備緊固件用低成本高性能的鈦合金棒材的研究還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種成本低、投入小、性能好的粉末冶金鈦合金棒材的制備方法，該粉末冶金鈦合金棒材可用于制作高性能緊固件。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種高性能粉末冶金鈦合金棒材的制備方法，包括以下步驟：

(1)以Ti粉、合金元素粉為原料，所述合金元素粉為Al粉、V粉、Mo粉、Fe粉、Mn粉、Zr粉、及前述元素的中間合金粉中的一種或者幾種；將所述Ti粉、合金元素粉充分混合均勻，其中合金元素粉的質(zhì)量比控制在15％以內(nèi)；

(2)將步驟(1)混合后的粉末裝入冷等靜壓壓套，進(jìn)行冷等靜壓處理，制得生棒坯；

(3)將步驟(2)制得的生棒坯進(jìn)行真空燒結(jié)，隨爐冷卻后制得燒結(jié)棒坯；

(4)將步驟(3)制得的燒結(jié)棒坯進(jìn)行低溫?zé)崴苄宰冃翁幚恚玫酱蟾邚奖鹊姆勰┮苯疴伜辖鸢舨摹?!-- SIPO -->

上述本發(fā)明的制備方法中，優(yōu)選的，所述合金元素粉為Al-V中間合金粉，且除少量不可避免的雜質(zhì)元素，原料中不含除Ti粉、Al-V中間合金粉以外的其他元素成分；所述Al-V中間合金粉中Al與V的質(zhì)量比控制在6∶4。