專利名稱：制備高密度復雜形狀鈦合金制品的粉末冶金方法
技術領域：
本發明涉及鈦合金制品的制備方法，特別是一種制備高密 度復雜形狀鈦合金制品的粉末冶金方法.
背景技術：
當前，高密度復雜形狀的鈦合金制品，如高爾夫球桿頭、 發動機渦輪葉片、口腔醫用工具、眼鏡架以及汽車雨刮器等，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，由此造成高密度復雜形狀鈦合金制品的高成 本。采用粉末冶金方法制備高密度復雜形狀鈦合金制品，目前國內無相關 公開報道。

發明內容
本發明旨在向高密度復雜形狀鈦合金制品材料中引入粉末 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密 度復雜形狀鈦合金制品的一種方法，以降低當前鈦合金制品的高成本。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密度復雜形狀鈦合金制品，其具體工藝 路線為原料粉末粒度配比及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；采用冷 壓成形方式，將混合粉末制成粉末生坯；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，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 高密度復雜形狀鈦合金制品。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 IIO(TC，總變形量為40% 90%的等溫鍛造或普通模鍛，以及溫度為700°C 900°C，保溫時間為1 4小時的退火工藝，最終得到高密度復雜形狀鈦合金帝lj品o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l 5°C/min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1X1(T 1X10—4Pa.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密度復雜形狀鈦合金制品，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密度復雜形狀鈦合金制品過程中，高密度復 雜形狀鈦合金制品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 +150目鈦粉占84wt呢，-325 目鈦粉占16wt%;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。/Q， Fe元素占0wt。/。， Mo元素占0wt。/。。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12(TC的低溫階段保溫30分鐘，隨后以1(TC /min的升溫速率加熱至850°C，再以2°C/min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 lX103Pa。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80(TC，保溫時間為2小時的 退火工藝，最終得到高密度復雜形狀鈦合金制品。實施例2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 末進行混合，其中，鈦粉的粒度配比為-150目 +250目鈦粉占73wt呢， -250 +400目鈦粉占27wt%;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lwto/0。混合均勻后，采用壓制壓力為400MPa的冷等靜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IO(TC的低溫階段保溫1小時， 隨后以15°C/min的升溫速率加熱至900°C，再以4°C/min的升溫速率加熱 至132(TC，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750。C，保溫時間為3小時的退火工藝，最終 得到高密度復雜形狀鈦合金制品。 實施例3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 +200目鈦粉占71wt。/。， -250 目鈦粉占29wt。/。；添加粉末中，各元素占混合粉末的比例分別為Al元素 占3wt。/。， V元素占2wt96， Fe元素占O. 4wt%， Mo元素占O. 3wt%。混合均勻 后，采用壓制壓力為400MPa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9(TC的低溫階段保溫2小時， 隨后以20°C/min的升溫速率加熱至800°C，再以3°C/min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(T2 1X 10—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90(TC，總變形量為90%的等溫鍛造，以及溫度為820'C，保溫時 間為2小時的退火工藝，最終得到高密度復雜形狀鈦合金制品。實施例4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 +200目鈦粉占82wt。/。，-300 +400目鈦粉占18wt%;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。/d， Fe元素占2.8wty。， Mo元素占1.7wty。。混合 均勻后，采用壓制壓力為800MPa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20(TC的低溫階段保溫10 分鐘，隨后以5'C/min的升溫速率加熱至88(TC，再以TC/min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98(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， 最終得到高密度復雜形狀鈦合金制品。
權利要求
1.一種制備高密度復雜形狀鈦合金制品的粉末冶金方法，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密度復雜形狀鈦合金制品的技術，其基本工藝路線為原料粉末粒度配比及成份配比→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；采用冷壓成形方式，將混合粉末制成粉末生坯；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，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密度復雜形狀鈦合金制品。
2. 根據權利要求1所述的制備高密度復雜形狀鈦合金制品的粉末 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°/o 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所述的制備高密度復雜形狀鈦合金制品的粉末 冶金方法，其特征在于采用單向模壓、雙向模壓、浮動陰模壓制方 式或者冷等靜壓等冷壓成形方式進行粉末成形，其中壓制壓力控制在 350MPa 800MPa范圍內。
4. 據據權利要求1所述的制備高密度復雜形狀鈦合金制品的粉末 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 200。C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"/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1X10—i lXl(T4pa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所述的制備高密度復雜形狀鈦合金制品的粉 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 " 110CrC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70(TC 90(TC，保 溫時間為1 4小時的退火工藝。
全文摘要
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，制備高密度復雜形狀鈦合金制品的粉末冶金方法，它是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，采用冷壓成形方式制備粉末生坯，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高密度復雜形狀鈦合金制品，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，適于制備高密度復雜形狀鈦合金制品。
文檔編號B22F3/12GK101239395SQ20081006865
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