專利名稱：一種制備高爾夫球桿頭用鈦合金的粉末冶金方法
技術領域：
本發明涉及高爾夫球桿頭用鈦合金的制備方法，特別是一種 制備高爾夫球桿頭用鈦合金的粉末冶金方法。
背景技術：
當前，高爾夫球桿頭用鈦合金材料通常采用鑄造以及后續多 次機加工、熱加工和熱處理等一系列工藝方法制備。這種方法具有工藝復 雜，能耗大，原材料利用率不高，以及成材率低等缺點，同時鈦合金本身 具有難加工性，由此造成鈦合金高爾夫球桿頭的高成本。采用粉末冶金方 法制備高爾夫球桿頭用鈦合金材料，目前國內無相關公開報道。

發明內容
本發明旨在向高爾夫球桿頭材料中引入粉末冶金鈦合金，提 供一種采用金屬粉末為原料，通過粉末冶金工藝制備高爾夫球桿頭用鈦合 金的一種方法，以降低當前鈦合金高爾夫球桿頭的高成本。本發明采用以下方案采用一定粒度分布的Ti粉，以及含有A1、 V、 Fe和Mo元素的添加粉末為原料，經粉末冶金工藝制備高爾夫球桿頭用粉末冶金鈦合金材料，其具體工藝路線為原料粉末粒度配比一原料粉末成份配比一混料一壓制成形一燒結一燒結后淬火一鍛造及熱處理。采用具有一定粒度配比的Ti粉， 以及一定成分范圍的添加粉末為原料；將Ti粉和添加粉末進行混料，得到 混合粉末；混合粉末采用模壓成形方式，制成片狀坯；在燒結過程中，通 過以中低溫快速升溫和高溫慢速升溫為主的多階段加熱工藝；加熱工藝完 成后立即進行淬火處理，制備Ti合金燒結坯；隨后，通過鍛造和后序退火工藝制備最終高爾夫球桿頭用鈦合金材料。其中，Ti粉的粒度配比為粒度為-100目 +250目的鈦粉占70wt% 90wt%，粒度為-250目 +400目的 鈦粉占10wt% 30wt%;添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分別為Al 元素占3 wt% 7wt%， V元素占2 wt% 5wt%， Fe元素占0 3wt。/。， Mo元素 占0 2wt%;采用壓制壓力在350MPa 800MPa范圍內的模壓方式進行粉末 成形；采用多階段燒結工藝對粉末成形坯進行惰性氣氛保護或真空無壓燒 結，加熱工藝完成后立即進行淬火處理；隨后，將Ti合金燒結坯進行鍛造 溫度為900。C 110(TC，總變形量為40% 90%的鍛造工藝，以及溫度為700 °C 900°C，保溫時間為1 4小時的退火工藝，最終得到高爾夫球桿頭用 鈦合金材料。多階段燒結工藝中，首先將成形坯體在8(TC 200。C的低溫階段保溫 10分鐘 2小時，隨后以5 20°C/mim的升溫速率加熱至800。C 950。C， 再以1 5。C/mim的升溫速率加熱至1200°C 1350°C，并在最終溫度保溫 2 7小時，隨后立即淬火，淬火介質采用水或油。燒結氣氛采用惰性氣氛 保護，或者真空，真空度為1Xl(T lXl(TPa.與現有技術相比，本發明具有以下優點1. 采用粉末冶金工藝制備高爾夫球桿頭用鈦合金材料，由于粉末冶金 工藝具有近凈成型和成分易控等典型特點，容易實現合金化，同時對原材 料的利用率達到95%以上，節約了原料成本。2. 在粉末冶金工藝制備高爾夫球桿頭用鈦合金材料過程中，高爾夫球 桿頭的基本形狀在粉末成形階段即可實現，避免了現有技術對難加工Ti合 金的機加工過程，縮短了工藝流程，并節約了材料的加工成本。3. 相比于現有技術，粉末冶金工藝避免了 Ti合金的鑄造階段，同時所制備材料的組織細小均勻，避免了現有技術對鑄造Ti合金的開坯階段，大 大降低了生產能耗。
具體實施例方式實施例1將一定粒度分布的Ti粉，以及含有A1、 V、 Fe和Mo元素的添加粉末 進行混合，其中，鈦粉的粒度配比為-100目 +150目鈦粉占85wt。/。， -325 目鈦粉占15wt%;添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分別為Al元素 占6wt。/()， V元素占4wt。/。， Fe元素占0wt。/0， Mo元素占Owt。/。。混合均勻后， 采用壓制壓力為500MPa的雙向模壓方式進行粉末成形。在隨后的多階段燒 結工藝中，首先將成形坯體在120。C的低溫階段保溫30分鐘，隨后以1(TC /mim的升溫速率加熱至850°C，再以2°C/mim的升溫速率加熱至1260°C， 并保溫5小時。燒結氣氛為真空，真空度控制在1X10—2 1X10—3Pa。保溫 結束后采用水淬方式立即淬火。隨后，將Ti合金燒結坯進行鍛造溫度為950 °C，總變形量為70%的等溫鍛造，以及溫度為80CTC，保溫時間為2小時的 退火工藝，最終得到高爾夫球桿頭用鈦合金材料。實施例2將一定粒度分布的Ti粉，以及含有Al、 V、 Fe和Mo元素的添加粉末 進行混合，其中，鈦粉的粒度配比為-150目 +250目鈦粉占75wt。/。，-250 +400目鈦粉占25wt%;添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分別為Al 元素占4. 5wt%， V元素占3wt%， Fe元素占2wt%， Mo元素占lwt%。混合均 勻后，采用壓制壓力為700MPa的單向模壓方式進行粉末成形。在隨后的多 階段燒結工藝中，首先將成形坯體在10(TC的低溫階段保溫1小時，隨后以 15°C/mim的升溫速率加熱至900°C，再以4°C/mim的升溫速率加熱至1320°C，并保溫4小時。燒結氣氛為氬氣保護。保溫結束后采用油淬方式立即 淬火。隨后，將Ti合金燒結坯進行鍛造溫度為IOO(TC，總變形量為60%的 普通模鍛，以及溫度為75(TC，保溫時間為3小時的退火工藝，最終得到高 爾夫球桿頭用鈦合金材料。 實施例3將一定粒度分布的Ti粉，以及含有Al、 V、 Fe和Mo元素的添加粉末 進行混合，其中，鈦粉的粒度配比為-100目 +200目鈦粉占70wt%， -250目鈦粉占30wtn/。；添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分別為Al元素占3wt。/d， V元素占2wty。， Fe元素占O. 5wt%， Mo元素占O. 5wt%。混合均勻 后，采用壓制壓力為400MPa的浮動陰模雙向模壓方式進行粉末成形。在隨 后的多階段燒結工藝中，首先將成形坯體在90。C的低溫階段保溫2小時， 隨后以20°C/mim的升溫速率加熱至800°C，再以3°C/mim的升溫速率加熱 至120(TC，并保溫7小時。燒結氣氛為真空，真空度控制在1X1(T 1X l(TPa.保溫結束后采用水淬方式立即淬火。隨后，將Ti合金燒結坯進行鍛 造溫度為90(TC，總變形量為90%的等溫鍛造，以及溫度為82(TC，保溫時 間為2小時的退火工藝，最終得到高爾夫球桿頭用鈦合金材料。 實施例4將一定粒度分布的Ti粉，以及含有A1、 V、 Fe和Mo元素的添加粉末 進行混合，其中，鈦粉的粒度配比為:-150目 +200目鈦粉占85wt%， -300 +400目鈦粉占15wt%;添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分別為Al 元素占7wt%， V元素占5wt%， Fe元素占3wt%， Mo元素占2wt%。混合均勻 后，采用壓制壓力為800MPa的浮動陰模單向模壓方式進行粉末成形。在隨 后的多階段燒結工藝中，首先將成形坯體在20(TC的低溫階段保溫10分鐘，隨后以5°C/mim的升溫速率加熱至880°C，再以rC/mim的升溫速率加熱 至135(TC，并保溫2小時。燒結氣氛為氬氣保護。保溫結束后采用油淬方 式立即淬火，隨后，將Ti合金燒結坯進行鍛造溫度為9S(TC，總變形量為 85%的普通模鍛，以及溫度為78(TC，保溫時間為3小時的退火工藝，最終 得到高爾夫球桿頭用鈦合金材料。
權利要求
1.一種制備高爾夫球桿頭用鈦合金的粉末冶金方法，它是一種采用Ti粉，以及含有Al、V、Fe和Mo元素的添加粉末為原料，經過粉末冶金工藝制備高爾夫球桿頭用鈦合金材料的技術，其基本工藝路線為原料粉末粒度配比→原料粉末成份配比→混料→壓制成形→燒結→燒結后淬火→鍛造及熱處理，其特征在于將一定粒度分布的Ti粉，以及含有Al、V、Fe和Mo元素的添加粉末進行混合，得到混合粉末；混料均勻后，采用模壓成形方式，制成片狀坯；在燒結過程中，通過以中低溫快速升溫和高溫慢速升溫為主的多階段加熱工藝，加熱工藝完成后立即進行淬火處理，制備Ti合金燒結坯；隨后，通過鍛造和后序退火工藝制備最終高爾夫球桿頭用鈦合金材料。
2. 根據權利要求1所述的一種制備高爾夫球桿頭用鈦合金的粉末 冶金方法，其特征在于Ti粉的粒度配比為粒度為-100目 +250目 的鈦粉占70wt。/。 90wt。/。，粒度為-250目 +400目的鈦粉占10wt% 30wt%;添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分別為Al元素占 3wt% 7wt%， V元素占2wt% 5wt%， Fe元素占0 3wt。/。， Mo元素 占0 2wt%。
3. 據據權利要求1所述的一種制備高爾夫球桿頭用鈦合金的粉末冶金方法，其特征在于采用單向模壓、雙向模壓或浮動陰模壓制方式進行粉末成形，其中壓制壓力控制在350MPa 800MPa范圍內。
4. 據據權利要求1所述的一種制備高爾夫球桿頭用鈦合金的粉末冶金方法，其特征在于在多階段燒結工藝中，首先將成形坯體在80。C 20(TC的低溫階段保溫10分鐘 2小時，隨后以5 20°C/min的升 溫速率加熱至800°C 950°C，再以1 5"C/mim升溫速率加熱至1200 °C 1350°C，并在最終溫度保溫2 7小時；燒結氣氛采用惰性氣氛保 護，或者真空，真空度控制在1X1(T 1X10—4Pa范圍內；最終保溫結 束后立即淬火，淬火介質采用水或油。
5.根據權利要求書1所述的一種制備高爾夫球桿頭用鈦合金的粉 末冶金方法，其特征在于:將Ti合金燒結坯進行鍛造的溫度控制在900 "C 110(TC范圍內，總變形量控制在40% 90%范圍內，鍛造方式采用等溫鍛造或普通模鍛，后序熱處理工藝采用溫度為7(xrc 9ocrc，保溫時間為1 4小時的退火工藝。
全文摘要
一種制備高爾夫球桿頭用鈦合金粉末冶金方法，屬于高爾夫球桿頭用鈦合金的制備方法，它是一種采用Ti粉，以及含有Al、V、Fe和Mo元素的添加粉末為原料，將具有一定粒度配比的Ti粉，以及一定成分范圍的添加粉末混合均勻后，采用模壓成形方式制備片狀坯，在燒結過程中，采用以中低溫快速升溫和高溫慢速升溫為主的多階段加熱工藝，加熱工藝完成后立即進行淬火處理，從而制備Ti合金燒結坯，通過鍛造和后序退火工藝制備最終高爾夫球桿頭用鈦合金材料，由于粉末冶金工藝具有近凈成型和成分易控等典型特點，容易實現合金化，同時對原材料的利用率高，節約了原料成本、加工成本，大大降低了生產能耗，適于高爾夫球桿頭用鈦合金材料的制備。
文檔編號B22F1/00GK101239394SQ20081006865
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月12日 優先權日2008年3月12日
發明者王智勇 申請人:貴州鈦易科技發展有限責任公司