專利名稱：一種高速壓制成形制備鈦合金的方法
技術領域：
本發明屬于粉末冶金技術領域，特別屬于ー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，尤其是在汽車エ業和民用領域的應用正日益擴大。 然而傳統的鈦制備エ藝復雜、生產成本高，嚴重地阻礙了鈦的應用和發展。粉末冶金是ー種近凈成形、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%，需要進ー步借助熱壓或熱等靜壓等エ藝提高密度，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年出現的ー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、低弾性后效(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，傳統壓制的壓還密度為7. lg/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増大。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. I %，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-6A1-4V)，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エ藝復雜、成本高等不足，提供ー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(I)按重量百分比if, 87. 2Ti-4. 5A1-6. 8Mo_l. 5Fe的配比稱取粒徑12. 94 53. 06 ii m的Ti粉、粒徑2 3 y m的Al粉、粒徑5 10 y m的Mo粉和粒徑I 5 y m的Fe 粉，在IS氣氣氛中球磨8h,得到混合粉末；(2)用硬脂酸鋅無水こ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I 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 1370 J 8. 30 9. OOg,制備壓坯；(5)將壓坯置于真空燒結爐中，升溫速率為2 4°C/min，在真空度為IX 10_3 I X KT4Pa和1050 1250°C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I.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，エ藝簡單，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。


圖I為實施例5在1050°C燒結下制備的鈦合金金相照片；圖2為實施例5在1150°C燒結下制備鈦合金的金相照片；圖3為實施例5在1250°C燒結下制備鈦合金的金相照片。
具體實施例方式下面結合實施例進ー步詳細描述本發明，但本發明實施方式不限于此。實施例I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. 06 U m、 Al粉粒徑2 3 ii m，Mo粉粒徑為5 10 y m，Fe粉粒徑為I 5 y m。高速壓制成形制備鈦合金的步驟及エ藝條件如下稱取Ti粉436g、Al粉22. 5g、Mo粉34g和Fe粉7. 5g置于球磨罐中，充入氬氣，在球磨機上球磨8h，球磨成均勻的混合粉末；用硬脂酸鋅無水こ醇乳濁液潤滑模腔內壁；將混合粉末填充于模腔內，加壓至60MPa，保壓3s，預壓排氣；采用沖擊速度為3. 36m/s、沖擊能量與裝粉量之比為J760J 9. 00g，制備壓坯；將壓坯置于高真空燒結爐中，升溫速率為 20C /min，在真空度為1X10—3 I X KT4Pa和1050 1250°C下燒結，保溫時間3h，隨爐冷卻制備鈦合金。所制備壓還的密度為4. 166g/cm3,燒結后性能見表I :表I
權利要求
1.一種高速壓制成形制備鈦合金的方法，其特征在于混合含鈦金屬粉末、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，87.2Τ -4. 5A1-6. 8Mo_l. 5Fe的配比稱取粒徑12. 94 53. 06 μ m 的Ti粉、粒徑2 3 μ m的Al粉、粒徑5 10 μ m的Mo粉和粒徑I 5 μ m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I 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. OOg,制備壓坯；(5)將壓坯置于真空燒結爐中，升溫速率為2 4V/min,在真空度為IX 10_3 I X KT4Pa和1050 1250°C下燒結，保溫2 3h，得到所述鈦合金。
全文摘要
一種高速壓制成形制備鈦合金的方法。其步驟為混合含鈦金屬粉末、潤滑模壁、高速壓制成形制備壓坯和真空燒結。本發明通過高速壓制成形和真空燒結制備出高致密鈦合金，工藝簡單，實現了短流程、低成本制備高性能鈦合金。制備的鈦合金的致密度≥98.08％，硬度HV為374～394，彎曲強度為1439～2170MPa。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。
文檔編號C22C14/00GK102586639SQ20121007291
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月16日 優先權日2012年3月16日
發明者蔡一湘, 閆志巧, 陳 峰 申請人:廣州有色金屬研究院